СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ

Сварочный аппарат.
Полезная модель относится к сварочным аппаратам, а непосредственно к инверторным сварочным аппаратам.
Известны сварочные трансформаторы, которые являются понижающими и преобразуют переменный ток малой величины одного напряжения подводящей электрической сети в переменный ток больщой величины более низкого напряжения той же частоты и служат для питания сварочной дуги. Кроме того они осуществляют регулирование силы тока в зависимости от требований сварочного режима 1.
Сварочный трансформатор состоит из корпуса, внутри которого укреплен замкнутый магнитопровод, собранный из пластин электротехнической стали. На сердечнике магнитопровода расположены первичная и вторичная обмотки. В свою очередь каждая из обмоток выполнена в виде двух катушек, расположенных на боковых стержнях сердечника. Соединение их может быть последовательным или параллельным. Между первичной и вторичной обмотками существует индуктивная связь. Пропускание по первичной обмотке переменного тока от сети напряжением 220В или 380В в сердечнике трансформатора создает переменный магнитный поток, который
взаимодействуя с вторичной обмоткой индуцирует в ней переменный ток той же частоты но меньшего напряжения и большей силы. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов обычно не менее бОВ и не более 90В. Катушки первичной обмотки укрепляются неподвижно и включаются в сеть переменного тока. Катушки вторичной обмотки могут перемеш,аться вдоль сердечника, и от них сварочный ток подается на дугу. Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной катушками. При сближении катушек сварочный ток возрастает, при удалении уменьшается.
Недостатками сварочного аппарата переменного тока на базе сварочных трансформаторов являются большие массогабаритные показатели, незначительная удельная мош;ность, нестабильность дуги переменного тока, недостаточный диапазон регулировки.
Известны сварочные выпрямители, которые служат для преобразования переменного тока в постоянный и обеспечиваюш;ие улучшенную стабильность дуги по сравнению со сварочными трансформаторами переменного тока 2 . С этой 2
целью в сварочном выпрямителе используют полупроводниковые выпрямительные элементы.
Сварочный выпрямитель состоит из понижающего трансформатора с подвижными катушками, выпрямительного блока с охлаждающими элементами, пускорегулирующей и защитной аппаратурой, смонтированных в общем корпусе. Регулировка сварочного тока осуществляется изменением расстояния между первичной и вторичной катущками понижающего трансформатора, а выпрямление выпрямительным блоком.
Недостатком сварочного выпрямителя является незначительная удельная мощность, низкий КПД и, вследствие этого, большие массогабаритные показатели, а также отсутствие стабилизации тока дуги в процессе сварки.
Известны тиристорные сварочные выпрямители 3. Они содержат тиристорный выпрямительный блок, который может использоваться в качестве регулятора силы тока. За счет управляющих импульсов подаваемых на тиристорный блок, формируют выходную вольтамперную характеристику сварочного выпрямителя и осуществляют его настройку на заданный режим сварки. Для этой цели служит специальный блок фазоимпульсного управления. 3
Недостатком тиристорного выпрямителя является незначительная удельная мощность, низкий КПД и, вследствии этого, большие массогабаритные показатели.
Известен сварочный аппарат, содержащий инверторный преобразователь, схемы управления и индикации 4 . Основу аппарата составляет инвертор - устройство, осуществляющее преобразование энергии постоянного тока, выпрямленного от питающей сети, в энергию переменного тока повышенной (по сравнению с питающей) частоты, благодаря чему появляется возможность повысить удельную мощность сварочного аппарата (за счет снижения массы и объема силового трансформатора). Недостатком этого аппарата являются: недостаточный коэффициент полезного действия, отсутствие возможности управления процессом сварки в масштабе реального времени, недостаточно высокие массогабаритные показатели.
Полезная модель решает задачу по повьш1ению эффективности устройства, управления процессом сварки в реальном масштабе времени, повьш1ению коэффициента полезного действия сварочного аппарата, улучшению массогабаритных показателей, расширению диапазона возможностей аппарата.
аппарата,-улучитению и/гассогабаритных-показателей
рДПТТТТЛрРНТЛТП ПМДГГЯ ПТ-ГЯ Т:гГ : ЛЛП-Ж-Т-ГПГ-гр ТЛ ДПГТДрДгрД .
Поставленная задача решена тем, что сварочный аппарат, содержащий сетевой фильтр, входной выпрямитель, маломощный блок питания, фильтрующий конденсатор, полномостовой ключевой с1 1ловой инвертор с драйверами ключей, силовой трансформатор, силовой выпрямитель, силовой фильтр, схему широтно-импульсной модуляции, датчики, блок цифровой индикации отличается тем, что в него введены блок поджига дуги с блоком управления поджигом, блок управления работой сварочного аппарата, включающий микроконтроллер с микропроцессором, портами ввода и вывода, схему широтно-импульсной модуляции с изменяемой рабочей  частотой, драйверы силовых ключей инвертора, блок цифровой индикации, блок ручных настроек, модули измерения, модули сопряжения, схемы согласования сигналов с модулей сопряжения на порты ввода микроконтроллера, причем блок поджига дуги выполнен в виде маломощного импульсного высоковольтного источника, вход управления которого соединен с выходом блока управления поджигом дуги, выполненном в виде ключевого усилителя тока и напряжения, вход блока управления поджигом дуги соединен с 5
портами вывода микроконтроллера, сетевой фильтр
соединен с входом трехфазного диодного моста и входом маломощного блока питания, датчик исправности сети включен между выходом сетевого фильтра и входом модуля измерения и выполнен с возможностью контроля наличия фаз, выход маломощного блока питания соединен с входами питания блока поджига дуги, драйверов ключей, схем щиротно-импульсной модуляции, модулей измерения, модулей сопряжения, схем согласования сигналов, блока ручных настроек, блока цифровой индикации, микроконтроллера, выход трехфазного диодного моста соединен с фильтрующим конденсатором, датчиком нормального напряжения питания полномостового силового инвертора и силовыми выводами ключей полномостового силового инвертора, в диагональ моста силового инвертора через разделительный конденсатор включена первичная обмотка силового трансформатора, к выводам вторичной обмотки силового трансформатора подключен силовой выпрямитель, выход силового выпрямителя подключен через датчик выходного тока сварочного аппарата и силовой фильтр к положительному выходу сварочного аппарата, отрицательный выход сварочного аппарата соединен со средней точкой вторичной обмотки силового трансформатора, к положительному выходу оварочного аппарата
подключен также выход блока поджига дуги, между входом силового фильтра и отрицательным выходом сварочного аппарата подключен датчик выходного напряжения дуги, порты ввода микроконтроллера соединены с выходами блока ручных настроек и схемы сопряжения, порты вывода микроконтроллера с входами блока цифровой индикации, схемы широтно-импульсной модуляции, блока управления поджигом дуги, выход схемы широтно-импульсной модуляции подключен через драйверы ключей к управляющим входам ключей полномостового силового инвертора.
Изобретение является новым, т.к. оно не известно из уровня техники.
Изобретение имеет изобретательский уровень, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Изобретение является промышленно применимым, т.к. оно может быть использовано для производства сварочный аппаратов, применению их для сварочных работ в металлургической отрасли, в судостроении, для проведения ремонтных работ и т.д.
1
Сварочный аппарат содержит сетевой выключатель-автомат 1, которым производится подключение к трехфазной сети 380В и включение выключение аппарата в целом. Выход сетевого выключателя-автомата 1 подключен через сетевой фильтр 2 к входу трехфазного диодного моста 3, маломощному блоку питания 4 (25Вт), датчику исправности сети D2. С выхода маломощного блока питания 4 получаем требуемые напряжения для внутренней электроники аппарата Un. С выхода трехфазного диодного моста 3 напряжение поступает на фильтрующий конденсатор С1, датчик D1 нормального напряжения питания полномостового инвертора 5 и далее на ключи V1-V4 полномостового инвертора 5. В диагональ моста полномостового инвертора 5 через разделительный конденсатор С2 включен силовой трансформатор б, К выходу силового трансформатора б подключен силовой выпрямитель 7 . Выход силового выпрямителя 7 подключен через датчик выходного тока D4 и силовой фильтр 8 к положительному выходу сварочного аппарата. Отрицательный выход сварочного аппарата соединен со средней точкой вторичной обмотки силового трансформатора б. К положительному выходу сварочного аппарата подключен также выход блока поджига 9. Между входом силового фильтра 8 и отрицательным 8
ВЫХОДОМ аппарата подключен датчик выходного
напряжения дуги D5. Аппарат содержит управляющий микроконтроллер 10, осуществляющий контроль за режимами работы аппарата и работоспособность аппарата в целом. На порты ввода микроконтроллера 10 приходят управляющие сигналы с блока ручных настроек 11 и с датчиков рабочего состояния аппарата D1-D5 (сигналы с датчика нормального напряжения питания инвертора D1, датчика исправности сети D2, датчика перегрева D3, датчика выходного тока D4, датчика выходного напряжения дуги D5 поступают на вход модулей измерения 12, модулей сопряжения 13 и схем согласования сигнала 14 и далее на порты ввода микроконтроллера 10) . К выходам портов вывода микроконтроллера 10 подключены блок цифровой индикации 15, блок управления поджигом 16 и схема широтно-импульсного модуляции 17 силового инвертора. Выход схемы широтно-импульсного модуляции 17 подключен через драйверы ключей 18 к ключам силового инвертора V1-V4. Выход блока управления поджигом 16 управляет собственно блоком поджига 9.
сигнала 14, блок цифровой индикации 15, схема
широтно-импульсного модуляции 17 и драйверы ключей 18 силового инвертора объединены в блок управления 19 сварочного аппарата.
Сварочный аппарат работает следующим образом. При включении сварочного аппарата в сеть автоматом 1 напряжение питающей трехфазной сети 380В/50Гц поступает через сетевой фильтр 2 на маломощный блок питания 4 (25Вт, +12в который питает все схемы блока управления и блок поджига 9), а также на трехфазный диодный мост 3. Выпрямленное напряжение с трехфазного диодного моста 3 заряжает фильтрующий конденсатор С1 до амплитудного значения напряжения питающей сети при отсутствии нагрузки, от конденсатора С1 осуществляется питание полномостового инвертора 5, при этом напряжение питания поступает на силовые выводы ключей V1-V4 полномостового инвертора 5. Далее, посредством полномостового инвертора 5, силового трансформатора б и силового выпрямителя 7 осуществляют преобразование постоянного напряжения и тока до тебуемых для сварки значений. 10
1.датчик номального напряжения питания
инвертора D1;
2.датчик исправности сети D2;
3.датчик перегрева D3;
4.датчик выходного тока D4;
5.датчик выходного напряжения D5,
а также схем модулей измерения 12, модулей сопряжения 13, схем согласования 14 информация о текущих параметрах и состоянии сварочного аппарата через порты ввода микроконтроллера 10 поступает в оперативную память микроконтроллера 10. Через порты ввода микроконтроллера 10 поступает также информация о требуемых значениях выходных напряжения и тока с блока ручных настроек 11. В микропроцессоре микроконтроллера 10 эта информация обрабатывается программой, которая вычисляет требуемые текущие значения соотношения времени закрытия и открытия ключей полномостового инвертора 5 и посылает их на порты вывода, где они преобразуются в сигналы управления схемой широтно-импульсной модуляции 17, которая посредством драйверов ключей 18 управляет силовыми ключами V1-V4 полномостового инвертора 5. Также через порты вывода микроконтроллера 10 выводятся управляющие сигналы для блока цифровой индикации 15, который И отображает рабочие выходных напряжения
Блок управления 19, решенный на базе современного высокоскоростного микроконтроллера 10, позволяет осуществить управление процессом сварки в реальном масштабе времени, благодаря
чему сварочный аппарат обладает способностью следить за процессом сварки и «интеллектуально реагировать на возмуш,аюш,ие факторы в соответствии с установленным пользователем режимом сварки.
При включении сварочного аппарата в сеть на все схемы блока управления 19 с выхода маломощного блока питания 4 подается напряжение . В момент подачи питания запускается микроконтроллер 10 и начинает отрабатывать программу, введенную в него при сборке. В первый момент программа проверяет работоспособность самого микроконтроллера 10, далее производится проверка начальных условий работы сварочного аппарата , при этом считываются сигналы с датчиков номального напряжения питания инвертора D1, исправности сети D2, перегрева D3, выходного тока D4, выходного напряжения D5. Далее, при условии что сеть исправна и перегрева нет. 12 или установленные значения и тока. производится считывание установленных в блоке
ручных настроек 11 значений требуемых выходных тока и напряжения, а также сигналов режима работы сварочного аппарата. Эти данне выводятся в блок цифровой индикации 15. В микропроцессоре микроконтроллера 10 эта информация обрабатывается программой, которая вычисляет требуемые текущие значения соотношения времени закрытия и открытия ключей полномостового инвертора 5, после чего производится плавный пуск полномостового инвертора 5, при этом постоянно контролируются сигналы с датчика выходного тока D4 и датчика выходного напряжения D5. Далее алгоритм работы сварочного аппарата зависит от сигналов датчика выходного тока D4 и датчика выходного напряжения D5 и сигналов с блока ручных настроек 11 - это может быть возбуждение дуги, сварка электродом, сварка в защитных газах, режим стабилизации выходного напряжения, режим короткого замыкания. В режиме стабилизации выходного напряжения блок поджига 9 отключен. В процессе работы сварочного аппарата постоянно контролируеся исправность питающей сети (датчики D1 и D2) и температура ключей полномостового инвертора 5 (датчик D3) ив случае выхода из безопасного режима микроконтроллер вырабатывает 13
сигнал на отключение инвертора и выводит информацию в блок цифровой индикации 15. Блок поджига 9 позволяет облегчить зажигание дуги, повысить ее устойчивость.
Достигнутые благодаря описанному выше схемному решению и применению современной силовой полупроводниковой элементной базы высокие массогабаритные показатели - 1.2г/Вт и расширенный диапазон возможностей предложенного сварочного аппарата позволяют эффективно использовать его в судостроении, машиностроении, строительной отрасли, для ремонтных работ и т.д. Заявители:
9W9C6-1 14 Мамонов И.А. Иванов С.А;  Агишев В.Г.