RU2066605C1

RU2066605C1 - Power supply source for arc welding, device for arc excitation and current overload protection device

Info

Publication number: RU2066605C1
Application number: RU94024239A
Authority: RU
Inventors: Олег Александрович Яремченко
Original assignee: Олег Александрович Яремченко
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-09-20

Abstract

FIELD: welding. SUBSTANCE: power supply source includes power part, control unit, current overload protection device and device for arc excitation. Control unit makes it possible to adjust current, voltage, inclination of volt-ampere characteristic. Current overload protection device has current pickup, two sources of reference voltage, amplifier, two comparators, adder and sawtooth voltage generator. This device ensures fast-action current overload protection unsusceptible to self-excitation. Device for arc excitation includes short-circuit pickup, idle-run voltage pickup, delay unit, unit to count pulse duration, flip-flop and logic AND gate. This device enable arc to be easily excited by touching of article with electrode not causing sticking of electrode to article, prevents danger of hitting of welder with voltage of idle run and makes it possible to conduct welding by single pulses with accurate dosage of energy and duration of pulse. EFFECT: improved operational efficiency and safety. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к источникам для электродуговой сварки, источникам вторичного электропитания, и может применяться в приборостроении, ювелирном деле, металлоремонте. The invention relates to the field of welding production, in particular to sources for electric arc welding, sources of secondary power supply, and can be used in instrumentation, jewelry, metal repair.

Известен источник питания для дуговой сварки, содержащий датчик напряжения дуги, соединенный через ключ с входом сумматора, датчик тока соединенный с усилителем, выход которого соединен со вторым входом сумматора, компаратор, один вход которого соединен с выходом сумматора, а другой с генератором треугольного напряжения (SU, а. с. N 1641543, В 23 К 9/00, 1991). A power source for arc welding is known, comprising an arc voltage sensor connected via a key to the adder input, a current sensor connected to an amplifier, the output of which is connected to the second adder input, a comparator, one input of which is connected to the adder output, and the other with a triangular voltage generator ( SU, A.S. N 1641543, B 23 K 9/00, 1991).

Это устройство позволяет регулировать ток, напряжение и наклон вольт-амперной характеристики (ВАХ). Однако, это устройство отличается большой сложностью, стоимостью, и не имеет режима сварки одиночными импульсами. This device allows you to adjust the current, voltage and slope of the current-voltage characteristic (CVC). However, this device is very complex, costly, and does not have a single pulse welding mode.

Известно устройство защиты от перегрузки по току, содержащее датчик тока, соединенный с входом компаратора, и источник опорного напряжения, соединенный с другим входом компаратора (SU, а. с. N 1745456, В 23 К 9/10, 1992). A device for protection against overcurrent, containing a current sensor connected to the input of the comparator, and a reference voltage connected to another input of the comparator (SU, a.s. N 1745456, 23 K 9/10, 1992).

Известно устройство возбуждения дуги, содержащее блок задержки выключения напряжения холостого хода (SU, а. с. N 1690989, В 23 К 9/10, 1991). A device for the excitation of an arc containing a delay block off the open circuit voltage (SU, a.s. N 1690989, 23K 9/10, 1991).

Технический результат заявленного устройства заключается в том, что за счет введения устройства возбуждения дуги по моменту отрыва электрода, двухступенчатой схемы защиты от перегрузки по току расширяются технологические возможности, повышается надежность, упрощается конструкция и настройка источника для дуговой сварки, устраняется опасность поражения сварщика электрическим током, уменьшается загрязнение электрода материалом изделия при возбуждении дуги. The technical result of the claimed device is that due to the introduction of an arc excitation device at the time of tearing off the electrode, a two-stage overcurrent protection circuit, technological capabilities are expanded, reliability is increased, the design and adjustment of the source for arc welding are simplified, the risk of electric shock from the welder is eliminated, contamination of the electrode with the material of the product during arc excitation is reduced.

Это достигается за счет того, что в момент касания изделия электродом выключены напряжение холостого хода и силовая часть источника. Для возбуждения дуги нужно сначала замкнуть электроды, а затем разомкнуть. Устройство для возбуждения дуги отсчитывает от момент размыкания небольшой промежуток времени и включает силовую схему, которая выдает напряжение холостого хода. От этого момента также происходит отсчет длительности импульса при сварке одиночными импульсами. Промежуток времени выбран таким, чтобы величина зазора между изделием и электродом составляла сотые доли миллиметра. При таких расстояниях пробивное напряжение воздушного зазора не превышает напряжение холостого хода источника сварочного тока (70 В). This is achieved due to the fact that at the moment of touching the product with the electrode, the open circuit voltage and the power part of the source are turned off. To initiate an arc, first close the electrodes and then open. The device for excitation of the arc counts from the moment of opening a small period of time and includes a power circuit that provides an open circuit voltage. From this moment, the pulse duration is also counted when welding with single pulses. The time interval is chosen so that the gap between the product and the electrode is hundredths of a millimeter. At such distances, the breakdown voltage of the air gap does not exceed the open circuit voltage of the welding current source (70 V).

Источник снабжен дополнительной ступенью защиты от перегрузки по току, содержащей источник опорного напряжения соединенный с входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с третьим входом сумматора, причем порог срабатывания первой ступени защиты меньше, чем у второй ступени, а время срабатывания первой ступени больше, чем у второй ступени. При возникновении тока, превышающего порог срабатывания обоих ступеней, сначала включается вторая ступень. Благодаря высокому быстродействию второй ступени происходит постоянное включение и выключение блока ключевых транзисторов, и ток колеблется возле порога срабатывания второй ступени. Это происходит до тех пор, пока не начнет работать первая ступень, которая плавно уменьшит ток до порога срабатывания первой ступени. При дальнейшем уменьшении тока отключится и первая ступень. The source is equipped with an additional stage of overcurrent protection, containing a reference voltage source connected to the input of the differential amplifier, the output of which is connected to the third input of the adder, and the threshold of the first stage of protection is less than the second stage, and the response time of the first stage is longer than second stage. If a current occurs that exceeds the threshold of operation of both stages, the second stage is first turned on. Due to the high speed of the second stage, the block of key transistors is constantly turned on and off, and the current fluctuates near the threshold of the second stage. This happens until the first stage starts working, which smoothly reduces the current to the threshold of operation of the first stage. With a further decrease in current, the first stage will also turn off.

На рис. 1 изображена структурная схема "Источника питания для дуговой сварки". На рис. 2 изображено устройство возбуждения дуги. На рис. 3 изображено устройство защиты от перегрузки по току. На рис. 4 представлена силовая часть источника сварочного тока. In fig. 1 shows a block diagram of a "Power source for arc welding." In fig. 2 shows an arc driving device. In fig. 3 shows an overcurrent protection device. In fig. 4 shows the power part of the welding current source.

Источник содержит: датчик 1 короткого замыкания, связанный с блоком 2 отсчета длительности импульса, датчик 3 холостого хода, соединенный с блоком 4 задержки выключения напряжения холостого хода, выход которого подсоединен к триггеру 8, логический элемент 9 на один вход которого через ключ 5 подается сигнал от блока 2 отсчета длительности импульса или уровень логической единицы. Ключ 6, подсоединен к входу установки в единицу триггера 8. Описанные выше элементы образуют устройство 24 для возбуждения дуги. The source contains: a short circuit sensor 1, connected to a pulse duration reference unit 2, an idle sensor 3 connected to an idle voltage off delay unit 4, the output of which is connected to a trigger 8, a logic element 9 to which one signal is input via key 5 to a signal from block 2 counts the duration of the pulse or the level of a logical unit. The key 6 is connected to the input of the unit in the trigger unit 8. The elements described above form a device 24 for arc excitation.

Датчик 10 напряжения, подсоединенный через ключ 7 к входу сумматора 11, датчик 16 тока, подсоединенный к усилителю 17, выход которого через ключ 25 подсоединен к второму входу сумматора. Дифференциальный усилитель 19, один вход которого подсоединен к датчику тока 16, другой вход к источнику 18 опорного напряжения, а выход к третьему входу сумматора 11. Компаратор 23, один вход которого подсоединен к датчику 16 тока, второй вход подсоединен к источнику 22 опорного напряжения, а выход подсоединен к входу управления компаратора 14. Задатчик 20 соединен с сумматором 11. Генератор 21 подсоединен к входу компаратора 14. Блок 15 ключевых транзисторов подсоединен к выходу компаратора 14. A voltage sensor 10 connected through a key 7 to the input of the adder 11, a current sensor 16 connected to an amplifier 17, the output of which through a key 25 is connected to the second input of the adder. A differential amplifier 19, one input of which is connected to a current sensor 16, another input to a reference voltage source 18, and an output to a third input of adder 11. A comparator 23, one input of which is connected to a current sensor 16, the second input is connected to a reference voltage source 22, and the output is connected to the control input of the comparator 14. The setter 20 is connected to the adder 11. The generator 21 is connected to the input of the comparator 14. The key transistor unit 15 is connected to the output of the comparator 14.

Силовая часть источника сварочного тока состоит из выпрямителя и импульсного понижающего регулятора, выполненного по стандартной однотактной схеме с однонаправленной передачей энергии и поэтому далее не описывается. Блок 15 в этом регуляторе выполняет роль ключа. The power part of the welding current source consists of a rectifier and a pulse step-down regulator, made according to the standard single-cycle scheme with unidirectional energy transfer and therefore is not described further. Block 15 in this controller acts as a key.

Источник для дуговой сварки работает следующим образом. The source for arc welding works as follows.

Напряжение дуги измеряется датчиком 10 и поступает через ключ 7 на сумматор 11. С датчика тока 16 сигнал поступает на усилитель 17 тока и на усилитель 19 первой ступени защиты от перегрузки по току и на компаратор 23 второй ступени, причем коэффициент усиления усилителя 19 много больше, чем у усилителя 17, что позволяет получить резкое ограничение тока (практически вертикальная линия на выходе вольт-амперной характеристике (ВАХ) источника). The arc voltage is measured by the sensor 10 and enters through the switch 7 to the adder 11. From the current sensor 16, the signal is transmitted to the current amplifier 17 and to the amplifier 19 of the first stage of overcurrent protection and to the second stage comparator 23, and the gain of the amplifier 19 is much larger than the amplifier 17, which allows to obtain a sharp current limitation (almost vertical line at the output of the current-voltage characteristic (CVC) of the source).

Пороги срабатывания задаются источниками опорного напряжения (ИОН) 18 - для первой ступени и 22 для второй ступени, причем напряжение у ИОН 18 меньше, чем у ИОН 22. С усилителей 17 и 19 сигналы поступают на сумматор 11. The operation thresholds are set by reference voltage sources (ION) 18 for the first stage and 22 for the second stage, and the voltage of ION 18 is less than that of ION 22. From the amplifiers 17 and 19, the signals are fed to the adder 11.

Мощность, выдаваемая источником в нагрузку, регулируется изменением напряжения на задатчике 20, а наклон ВАХ регулируется изменением сопротивления R1 сумматора 11. The power supplied by the source to the load is regulated by a change in voltage at the setter 20, and the slope of the I – V characteristic is controlled by a change in the resistance R1 of the adder 11.

С сумматора 11 сигнал пропорциональный мощности подается на вход компаратора 14. На второй вход компаратора 14 подается напряжение с импульсами треугольной формы от генератора 21. На выходе компаратора 14 возникают импульсы прямоугольной формы, поступающие на блок 15 ключевых транзисторов. From the adder 11, a signal proportional to the power is supplied to the input of the comparator 14. A voltage with triangular pulses from the generator 21 is applied to the second input of the comparator 14. At the output of the comparator 14, square-shaped pulses occur at the key transistor block 15.

При превышении током порога срабатывания ИОН 22 сигнал от компаратора 23 второй ступени защиты от перегрузки по току выключает компаратор 14, который в свою очередь выключает блок 15 ключевых транзисторов. If the current exceeds the threshold of operation of the ION 22, the signal from the comparator 23 of the second stage of overcurrent protection turns off the comparator 14, which in turn turns off the key transistor unit 15.

Сигнал с датчика 3 холостого хода поступает на блок 4 задержки, который задерживает сигнал возникновения напряжения холостого хода, и подает его на вход триггера 8. Если ключ 6 разомкнут, то этот сигнал устанавливает низкий уровень на инверсном выходе триггера 8, а также на выходе логического элемента 9 и выключает компаратор 14, после чего ключевые транзисторы блока 15 будут заперты. The signal from the no-load sensor 3 is supplied to the delay unit 4, which delays the signal of the occurrence of the no-load voltage, and feeds it to the input of trigger 8. If the key 6 is open, this signal sets the low level on the inverse output of trigger 8, as well as the logic output element 9 and turns off the comparator 14, after which the key transistors of block 15 will be locked.

В отключенном состоянии на электрод 12 с отрицательного вывода источника подано напряжение -15 В через высокоомный резистор. При замыкании выводов источника на катоде 12 возникает напряжение ноль вольт и срабатывает датчик 1 короткого замыкания. В момент размыкания электродов датчик 1 короткого замыкания подает сигнал на блок 2 отсчета длительности импульса, сигнал с этого блока устанавливает на инверсном выходе триггера 8 высокий уровень и через ключ 5 устанавливает высокий уровень на входе логического элемента 9. При этом на выходе элемента 9 возникает также высокий уровень, разрешающий работу компаратора 14, который начинает формировать ШИМ-сигнал и подает его на вход блока 15 ключевых транзисторов. При этом на выходе источника сварочного тока возникает напряжение холостого хода, пробивающее воздушный зазор между изделием и электродом. Вслед за этим зажигается сварочная дуга, ток и напряжение которой регулируются схемой управления. По окончании импульса, выдаваемого блоком 2, снимается высокий уровень на выходе логического элемента 9 и отключается компаратор 14. Длительность импульса регулируется резистором R6. Если через ключ 5 на вход логического элемента 9 постоянно подан высокий уровень, то импульсный режим отключен и источник работает в непрерывном режиме. In the off state, a voltage of -15 V is supplied to the electrode 12 from the negative terminal of the source through a high-resistance resistor. When the source leads are shorted to cathode 12, a voltage of zero volts occurs and the short-circuit sensor 1 is triggered. At the moment of opening of the electrodes, the short-circuit sensor 1 sends a signal to the pulse duration reference block 2, the signal from this block sets a high level at the inverted output of trigger 8 and sets a high level through the key 5 at the input of logic element 9. At the same time, the output of element 9 also arises a high level that allows the operation of the comparator 14, which begins to generate a PWM signal and supplies it to the input of the block 15 of the key transistors. At the same time, an open-circuit voltage arises at the output of the welding current source, breaking through the air gap between the product and the electrode. Following this, a welding arc is ignited, the current and voltage of which are regulated by the control circuit. At the end of the pulse issued by block 2, a high level at the output of logic element 9 is removed and the comparator 14 is turned off. The pulse duration is regulated by resistor R6. If a high level is constantly applied to the input of the logic element 9 through the key 5, the pulse mode is turned off and the source operates in continuous mode.

При возникновении напряжения холостого хода датчик 3 напряжения холостого хода, выдает сигнал, который задерживается блоком 4 задержки выключения холостого хода и поступает на вход установки в единицу триггера 8. На инверсном выходе триггера 8 и на выходе логического элемента 9 устанавливается низкий уровень, выключающий компаратор 14. When a no-load voltage occurs, the no-load voltage sensor 3 generates a signal that is delayed by the idle-off delay unit 4 and is fed to the unit input to trigger unit 8. At the inverse output of trigger 8 and at the output of logic element 9, a low level is set to turn off the comparator 14 .

Создан действующий макет источника для дуговой сварки, обладающий достаточной простотой конструкции и легкостью настройки, а также хорошей надежностью и безопасностью в работе. A working model of the source for arc welding was created, which has sufficient simplicity of design and ease of adjustment, as well as good reliability and safety in operation.

Действующий макет источника для дуговой сварки позволяет производить прецизионную сварку одиночными импульсами. Так на источнике проводилась сварка в ручном режиме проволоки диаметром 0,1 мм. The current model of the source for arc welding allows for precision welding with single pulses. So at the source manual welding of wire with a diameter of 0.1 mm was carried out.

Claims

1. A power source for arc welding, comprising a power unit with a block of key transistors, an arc voltage sensor connected via a key to the adder input, a current sensor connected to an amplifier, the output of which is connected to the second input of the adder, a comparator, one input of which is connected to the output an adder, another with a triangular voltage generator, and the comparator output is connected to the control input of the key transistor unit, characterized in that it is equipped with a two-stage overcurrent protection device, the output is first stage which is connected to the third input of the adder, and the output of the second stage is connected to the control input of the comparator, and an arc excitation device connected to the control input of the comparator.

2. An overcurrent protection device comprising an adder, a controlled comparator, a sawtooth generator, a current sensor connected to the input of the comparator, a voltage reference connected to another input of the comparator, characterized in that it is equipped with an additional stage containing a differential amplifier and the second reference voltage source connected to the input of the differential amplifier, the second input of the differential amplifier is connected to the current sensor, and the output of the amplifier is connected to one of the input in the adder, the adder output is connected to the input of a controlled comparator connected to the power part, and the other input of the controlled comparator is connected to a sawtooth generator, and the response threshold of the additional protection stage is less than the main stage, and the response time of the additional stage is longer than the main stage steps.

3. A device for initiating an arc, containing a short circuit sensor, an open circuit voltage sensor connected to an idle off delay unit, characterized in that it is equipped with a comparator, a pulse duration reference unit, a trigger, an AND logic element, and two keys, moreover, the output of the unit for counting the duration of the pulse is connected to the clock input of the trigger and through the key to the input of the logical element And, the output of the trigger is connected to another input of the logical element And, the output of the delay unit is off The voltage circuit is connected to the input of the trigger unit, the second key is connected to the input of the trigger zero, the logic input is set to the trigger information input, and the output of the logic element AND is connected to the control input of the comparator to enable or disable the flow of welding current through the key transistors power unit.