МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО К СВАРОЧНОМУ АППАРАТУ

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано как для автоматического регулирования и управления электрическими режимами процесса сварки, так и как самостоятельный прибор для управления активными, индуктивными, емкостными и смешанными нагрузками в электрических цепях, например, регулятора напряжения, регулятора температуры и так далее.
Известный регулятор сварочного тока, который имеет встречно- параллельное соединение тиристоров, включенных в сварочную цепь и блок управления с использованием активного элемента симистора, который является усилителем, (см. Патент Украины № 15594 от 30.06.97г., В 23 К 9/06).
Недостатком этого устройства является узкая направленность регулятора на управление регулировкой сварочного тока.
Известно устройство для электродуговой сварки, которое имеет блок питания, датчик параметров дуги, выход которого соединен с блоком управления коммутатором (см. А.С. № 1710245 от 17.01.90г., В 23 К 9/093). При этом в устройстве предусмотрена возможность уменьшения напряжения холостого ходу до min.
Недостатком этого устройства есть ограничение его функциональных возможностей, из-за чего устройство не может быть использовано для автоматического регулирования и управления основными электрическими режимами сварочного процесса.
В основу изобретения поставлена задача расширить технологические и функциональные возможности в устройстве, сделать его многофункциональным, легко налаживаемым и дешевым, а также обеспечить его высокую эксплуатационную эффективность путем введения в компоновочную схему устройства двух блоков силовых оптотиристоров, двух блоков превращения нулевых токов и управления силовыми оптотиристорами, блока превращения потребляемого тока, который соединен с трансформатором ток-напряжение, а в блок управления устройством - дополнительно введены схемы; ограничения входного тока, управления сварочными процессами, защиты по току, ограничения тока холостого хода, ограничения тока в сварочном аппарате или отключение его при длительном замыкании в сварочных кабелях. При этом устройство обеспечено температурными датчиками и схемой сигнализации и отключения потребителя при перегреве его элементов или элементов устройства.
МА(П i/
кроме того, предлагаемое исполнение устройства позволяет за счет уменьшения электрической и тепловой нагрузки на сварочный аппарат, значительно уменьшить затраты на потребляемую электроэнергию. Соответственно, увеличить коеффциент полезного действия аппарата, умепьшить непродуктивные затраты рабочего времени сварш:ика, увеличит удобство его работы и, как следствие, увеличить продуктивность сварочных работ с получением качественного сварочного шва.
Заявленное многофункпиональное устройство объясняется чертежами:
На фиг. 1 - показапа блочная компоновочная схема
Многофункционального устройства; На фиг. 2 - схема питания устройства (блок 1); На фиг. 3 - схема включения силовых оптотиристоров (блок 2 и 2);
На фиг. 4 - схема превращения нулевых токов и управления силовыми оптотиристорами первой фазы (основная - блок 3);
На фиг. 5 - схема преврап ;ения нулевых токов и управления оптотиристорами
второй фазы для использования в трехфазных электрических цепях
(дополнительная - блок 3); На фиг. 6 - схема нревращения потребляемого тока, с трапсформатором ток напряжение (ТТ) и схемой превраш:ения потребляемого тока в
напряжение (блок 4);
На фиг. 7 - схема ограничения потребляемого тока, схема управления сварочными процессами и схема защиты по току - выполнены и объединены на одной плате блока 5;
На фиг. 8 - схема ограничения тока холостого хода блока 5;
На фиг. 9 - схема сигнализации и отключения потребителя при перегреве элементов, сварочного устройства, блок 5;
На фиг. 10 - схема ограничения тока в сварочном аппарате или отключения его при длительном замыкании сварочных кабелей, блок 5;
На фиг. 11 - вариант лицевой панели устройства.
Блочно - компоновочная схема многофункционального устройства к сварочному аппарату содержит универсальный блок питания 1, блок силовых оптотиристоров 2 и блок силовых оптотиристоров 2 для трехфазной цепи, блок 3 со схемой превращения нулевых токов и управления силовыми оптотиристорами первой фазы, блок 3 со схемой превращения нулевых токов и управления силовыми оптотиристорами для трехфазной цепи, блок 4 со схемой превращения потребляемого тока, который соединен с трансформатором ток - напряжепие, а также блок управления 5, в котором установлены:
схема ограничения потребляемого тока;
схема управлепия сварочпыми процессами;
схема защиты по току;
схема ограничения тока в сварочном аппарате или отключении его при длительном коротком замыкании в сварочных кабелях.
При этом в компоновочной схеме устройства установлен температурный датчик 6, связанный со сварочным аппаратом 7 и блоком управления 5. А в универсальный блок питания 1 входят две нестабилизированные схемы для питания схем превращения нулевых токов для блоков 3 и 3 и стабилизированная схема питания для остальных схем.
Работа многофункционального устройства поясняется схемами, которые установлены на соответственном блоке блочно-компоновочнй схемы.
Многофункциональное устройство к сварочному аппарату может работать в нескольких вариантах его использования.
Рассмотрим работу устройства как приставки к сварочиому аппарату.
От электрической сети устройство подключаем к входу, а выход подключаем к сварочному аппарату (Фиг.1 и Фиг. 11). Для того чтобы перевести устройство в режим приставки к сварочному аппарату, необходимо переключить тумблер на лицевой панели в сторону «сварка. При этом у схемы управления оптотиристорами блока № 3 выключается переключатель К-1 (см. фиг.4) и прекращается подача напряжение с переменного резистора R 17 через VD 6 на входы компараторов 3 и 6 (фиг. 5). При этом на провод С перестает подаваться напряжение питания и через резистор R 17 он соединяется с нулевой шиной. Приставка переходит в режим регулирования сварочного процесса, при этом включаются:
схема управления сварочньми процессами (фиг. 7);
схема ограничения тока холостого хода (фиг. 8);
схема защиты от длительного замыкания сварочных кабелей (фиг. 10).
В режиме сварки работают все блоки и схемы устройства, если сварочный аппарат трехфазный.
Если же сварочный аппарат однофазный, то блоки 2 и 3 работать не будут, так как фото импульс, который подается блоком 3, будет постоянен, следовательно, не будет работать генератор пилообразного напряжения блока 2 и оптотиристоры блока 2 будут постоянно закрыты (см. фиг.5 и фиг.З).
При подключении устройства к сети с входа и выхода тиристорных блоков 2 и 2 подается напряжение на вход схем превращения нулевых токов блоков 3 и 3 (см. блочную схему). Причем, напряжение на этих блоках задается как параметрами электрической сети, так и параметрами потребителя. Поэтому точка перехода потребляемого тока через ноль полностью зависит от того, насколько потребитель сдвигает Cos ф как в одну, так и в другую стороны.
Точка перехода через ноль блока 3 преобразовывается в фото импульс оптопары VD 5 (фиг.4), которая, переключает компаратор 2 и разряжает в момент перехода конденсатор СЗ. Таким образом, компаратор 2 вместе с резистором R 14 и конденсатором С 2 составляют генератор пилообразного напряжения, который постоянно улавливает все сдвижки фазного тока, внесенные потребителем. Эти сигналы подаются на инверсный вход компаратора 3. Выходной ток компаратора 3 через усилитель на транзисторе VT2 включает оптотиристорный блок 2 с помощью светодиода VD 1 оптопары VD 1 (фиг. 3), а точка включения тиристора блока 2 относительно фаз А и В или входного напряжения при однофазном питании задается схемами управления блока 5 (фиг.7, фиг.8, фиг.9 и фиг. 10).
Точка нулевого перехода по фазе В превращается в фото импульс в оптодиоде VD9 (фиг.З), а дальше, разделенный с помощью оптопары сигнал, запускает через усилитель на компараторе 5 генератор пилообразного напряжения, который вместе со
схемами управления регулируют фазный ток. Все остальные процессы аналогичны выше изложенному. Фазовое регулирование выполняется аналогично, потому что нрямые входы компараторов 3 (фиг.4) и 6 (фиг. 3) соединены между собой через проводник В.
Дальше происходит управление электрическими характеристиками сварочного процесса, котороя осуш:ествляется схемой преврашения потребляемого тока в функцию ток - напряжение блока 4 (фиг.6) и блоком 5. А именно, через трансформатор ток нанряжение, включений в одну с питающих фаз последовательно, идет потребляемый ток, который нревращается схемой в напряжение с необходимыми характеристиками для работы остальных схем. При этом конденсаторы СЮ и СП вместе с конденсатором СЗ (фиг.4) блока 3 стабилизируют работу всех схем управления блока 5 и ликвидируют самовозбуждение.
С блока 4 проводником А нанряжение подается в блок 5, в котором размеш,ены схемы управления устройства, работающие так:
Схема ограничения потребляемого тока необходима, если есть ограничение по току на входе, например, в квартирной розетке ток ограничен до 6 Ампер. Схема работает так. Резистором R50 задается порог по току. При этом если ток, преврашенный схемой превращения ток - напряжение в напряжение, будет нревышать заданный порог, то напряжение откроет транзистор VT9, который через транзистор VT10 увеличит напряжение на прямых входах компараторов 3 и 6. Поэтому изменится угол фазового регулирования, что увеличит ток на незначительную величину, то есть происходит стабилизация входного тока.
Паличие этой схемы дает возможность использовать устройство как стабилизатор тока.
Схема управления сварочными процессами собрана на двухкаскадном усилителе на транзисторах VT11 и VT10. На вход схемы управления подается сигнал на базу транзистора VT11 через резистор R53. А на эмиттер транзистора VT11 подают граничное напряжение через резистор R56. При регулировке резистором R53 меняется время заряда конденсатора С13 до величины, равной значению напряжения на емитере транзистора VT11. Пока заряжается конденсатор С13, через сварочный анпарат идет максимальный ток, ограниченный только схемой ограничения нотребляемого тока, от которого легко загорается сварочная дуга. Как только конденсатор С13 зарядится до величины граничного напряжения, ток уменьшится до величины, заданной вручную на сопротивлении R56. Таким образом, резистором R53 и схемой ограничения потребляемого тока легко и в широких пределах регулируется режим зажигания сварочной дуги и первичного прогрева металла, а резистором 56 легко регулировать необходимый сварочный ток (фиг.7)
Если потребляемый ток величиной больше, чем заданный резистором R58, то срабатывает схема защиты по току, что включает светодиод VD22 и закрывает компараторы 3 (фиг.4.) и 6 (фиг.5). Ток в электрической цепи перестает идти.
В случае если сварка отсутствует на протяжении времени, достаточного для разряда конденсатора С14 до величины напряжения, заданного резистором R63, включается схема ограничения тока холостого хода. Причем величина тока холостого хода задается резистором R66. При касании сварочным электродом к «массе, на проводе А появляется незначительное напряжение, которое подходить на прямой вход компаратора 8. Компаратор 8 сразу закрывает транзистор VT25 и на вход сварочного трансформатора подается полное напряжение (фиг.8).
При перегреве элементов устройства или сварочного аппарата срабатывает схема сигнализации и отключения потребителя (фиг.9), в которой на компараторе 9 установлен спаренный терморегулятор из терморезисторов R67 i R69. Граничное значение температуры задают резисторами R70 и R71, а разницу температур включениявыключения задают резистором R72. При нагревании терморезисторов R67 или R69 выше установленного значения, включается транзистор VT14, который включает сигнализацию - светодиод VD29 и через диод VD28 подает напряжение на провод В. Тиристоры блока 2 i блока 2 закрываются до тех пор, пока отключивший терморезистор не охладится до температуры, согласно выражения:
1°викл. 1°вкл. - Д1°, заданной резистором R72.
В случае если сварочные кабеля замыкаются некоторое время друг на друга, или через какой-то проводник, то напряжение, на протяжении заданного времени на резисторах R78 и R79, заряжает конденсатор С15 до значения напряжения больше заданного резистором R79. Интервал времени на резисторах R78 и R79 задается вручную. При этом переключается компаратор 10, который с помощью усилителя VT17, резистора R82 и провода В, повышает напряжение на компараторах 3 и 6, а следовательно, ограничивает ток в сварочном аппарате до дежурного. Дежурный ток устанавливается немного больше порога срабатывания схемы ограничения тока холостого хода. При устранении замыкания конденсатор С15 мгновенно разряжается через транзистор VT16, и схема возвращается в ждущий режим, (фиг. 10).
Работа многофункционального устройства как регулятора нанряжения.
Для того чтобы перевести устройство в режим регулятора напряжения, необходимо замкнуть переключатель К-1 (фиг. 4, фиг. 11).
В этом случае напряжение +12 Вольт приходит на резистор R17 и через провод С на вход компаратора 1, емитер транзистора VT11 и прямой вход компаратора 10. Поэтому, схемы: ограничения тока холостого хода, ограничения тока сварочного аппарата или отключения его при длительном замыкании сварочных кабелей и схема управления сварочными процессами отключаются.
В режиме регулятора напряжения работают только схемы:
1.Превращения нулевых токов и управления силовыми оптотиристорами;
2.Превращения ток-напряжение;
3.Ограничения потребляемого тока;
4.Защиты по току;
5.Сигнализации и отключения потребителя при перегреве. Работа этих схем рассмотрена выше.
Вместо сварочного аппарата к устройству подключается нагрузка.
Регулировка входного напряжения осуществляется вручную резистором R17, которым устанавливают порог напряжения на прямых входах компараторов 3 и 6 и, соответственно, задают порог фазового регулирования устройства.
Такое исполнение многофункционального устройства делает его универсальным и позволяет значительно расширить технологические и функциональные возможности. А за счет плавного полуавтоматического и автоматического регулирования электрических характеристик сварочного процесса, увеличить коефициент полезного действия сварочного аппарата, снизить потребление электроэнергии, повысить удобство работы сварщика и, как следствие увеличить продуктивность сварочных работ с получением качественного сварочного шва.