RU2175595C2 - Power source of direct electric current welding arc - Google Patents
Power source of direct electric current welding arc Download PDFInfo
- Publication number
- RU2175595C2 RU2175595C2 RU99105054/02A RU99105054A RU2175595C2 RU 2175595 C2 RU2175595 C2 RU 2175595C2 RU 99105054/02 A RU99105054/02 A RU 99105054/02A RU 99105054 A RU99105054 A RU 99105054A RU 2175595 C2 RU2175595 C2 RU 2175595C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- power source
- electric current
- rectifier
- capacitor
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Arc Welding Control (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сварочной технике, в частности к малогабаритным аппаратам для сварки электрической дугой постоянного тока, в которых используется звено повышенной относительно питающей сети частоты. The invention relates to welding equipment, in particular to small-sized devices for welding with a direct current electric arc, which use a link with a frequency increased relative to the power supply network.
Известны источники питания сварочной дуги [1, 2], в которых для уменьшения массы и габаритов используется звено повышенной частоты на тиристорах. Ввиду относительно невысокой частоты (единицы кГц) из-за низкого быстродействия существующих тиристоров масса выходного трансформатора и реактивных элементов остается высокой, что ограничивает применение этих устройств в переносных сварочных аппаратах. There are known sources of power for the welding arc [1, 2], in which a high frequency link on thyristors is used to reduce weight and dimensions. Due to the relatively low frequency (units of kHz) due to the low speed of existing thyristors, the mass of the output transformer and reactive elements remains high, which limits the use of these devices in portable welding machines.
Известен источник питания для нагрузок электродугового типа, в котором звено повышенной частоты - мостовой преобразователь напряжения - на транзисторах [3]. Транзисторы, обладая лучшими частотными свойствами, чем тиристоры, позволяют повысить частоту преобразования до нескольких десятков килогерц и, тем самым, снизить габариты и массу источника питания относительно устройства на тиристорах. Недостаток транзисторных преобразователей заключается в малой мощности источников питания на их основе. Связано это с тем, что при работе на индуктивную нагрузку в виде сварочного трансформатора приходится в 2-3 раза снижать среднее значение тока в пределах открытого состояния транзистора для исключения перегрузки транзистора по импульсной мощности в момент его выключения. A known power source for loads of electric arc type, in which the high frequency link is a bridge voltage converter on transistors [3]. Transistors, having better frequency properties than thyristors, can increase the conversion frequency to several tens of kilohertz and, thereby, reduce the size and weight of the power supply relative to the thyristor device. The disadvantage of transistor converters is the low power of power sources based on them. This is due to the fact that when working on an inductive load in the form of a welding transformer, it is necessary to reduce the average value of the current within the transistor's open state by 2–3 times to prevent the transistor from overloading with pulsed power at the time it is turned off.
Из известных источников питания наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является источник питания сварочной дуги постоянного тока, содержащий сетевой выпрямитель, мостовой транзисторный преобразователь с нагрузкой в виде последовательно соединенного выходного трансформатора и ограничительного дросселя, выходной выпрямитель [4]. Of the known power sources, the closest in technical essence and the achieved result to this invention is a power source for a DC welding arc, containing a network rectifier, a bridge transistor converter with a load in the form of a series-connected output transformer and a limiting reactor, an output rectifier [4].
Преобразователь в этом устройстве работает в автоколебательном (резонансном) режиме, либо в режиме, близком к резонансному. В таком режиме выключение транзисторов происходит при пулевом напряжении на них, что позволяет получить на выходе преобразователя большую мощность, чем у представленного выше аналога [3]. Недостатком этого источника также остается низкое значение выходной мощности и тока сварки и, как следствие, невысокие массогабаритные характеристики. The converter in this device operates in a self-oscillating (resonant) mode, or in a mode close to resonant. In this mode, the transistors are turned off at a bullet voltage on them, which allows to obtain more power at the output of the converter than the analogue presented above [3]. The disadvantage of this source also remains a low value of the output power and welding current and, as a result, low weight and size characteristics.
Изобретение направлено на распространение резонансного режима переключения транзисторов в область максимальных токов коллектора, что ведет к увеличению выходного тока и улучшению массогабаритных характеристик источника питания дуги постоянного тока. The invention is aimed at the propagation of the resonant mode of switching transistors in the region of maximum collector currents, which leads to an increase in the output current and to improve the overall dimensions of the power source of the DC arc.
Это достигается источником питания сварочной дуги постоянного тока, содержащим сетевой выпрямитель, мостовой преобразователь напряжения на полупроводниковых ключах, ограничительный дроссель, выходной трансформатор, выходной выпрямитель, причем выход сетевого выпрямителя подключен ко входной диагонали мостового преобразователя, к выходной диагонали которого подключены выходной трансформатор последовательно с ограничительным дросселем, а ко вторичной обмотке выходного трансформатора подключен выходной выпрямитель. Кроме того, в отличие от прототипа [4], к выходу переменного напряжения мостового преобразователя через ключ переменного тока подключен конденсатор, а последовательно с входной обмоткой выходного трансформатора включен датчик тока, причем выход датчика тока через пороговое устройство подключен ко входу управления ключа переменного тока. Благодаря такому подключению конденсатора при больших токах нагрузки удается снизить динамические нагрузки на полупроводниковые ключи мостового преобразователя при выключении, тем самым - увеличить их загрузку по среднему току. This is achieved by the power source of the DC welding arc, containing a network rectifier, a bridge voltage converter on semiconductor switches, a restrictive inductor, an output transformer, an output rectifier, the output of a network rectifier connected to the input diagonal of the bridge converter, to the output diagonal of which an output transformer is connected in series with the limit a choke, and an output rectifier is connected to the secondary winding of the output transformer. In addition, unlike the prototype [4], a capacitor is connected to the AC output of the bridge converter through an AC key, and a current sensor is connected in series with the input winding of the output transformer, and the output of the current sensor through a threshold device is connected to the control input of the AC key. Thanks to this connection of the capacitor at high load currents, it is possible to reduce the dynamic loads on the semiconductor switches of the bridge converter when turned off, thereby increasing their load in the average current.
Авторам и заявителю не известны источники питания сварочной дуги постоянного тока, содержащие такую совокупность элементов и с таким их подключением, как в заявляемом источнике, позволяющим получить результат, который другими техническими решениями не достигается. The authors and the applicant are not aware of the power sources of the DC welding arc, containing such a combination of elements and with their connection as in the claimed source, which allows to obtain a result that is not achieved by other technical solutions.
На фиг. 1 приведена блок-схема источника питания; на фиг. 2 - эпюры токов и напряжений в характерных точках схемы. In FIG. 1 shows a block diagram of a power source; in FIG. 2 - diagrams of currents and voltages at characteristic points of the circuit.
Источник питания сварочной дуги постоянного тока содержит сетевой выпрямитель 1, к выходу постоянного напряжения которого подключен мостовой преобразователь напряжения из четырех полупроводниковых ключей 2, 3, 4, 5. К выходу переменного напряжения мостового преобразователя параллельно подключены последовательно соединенные выходной трансформатор 6 (первичной обмоткой), ограничительный дроссель 7 и датчик тока 8, а также последовательно соединенные конденсатор 9 и ключ 10 переменного тока. Выход датчика 8 тока подключен к входу управления ключа 10 переменного тока через пороговое устройство 11. Вторичная обмотка выходного трансформатора 6 соединена с выходным выпрямителем 12, выход постоянного напряжения которого соединен с нагрузкой. На фиг. 1 приведена также схема транзисторного ключа 3 с точкой 13 на коллекторе транзистора. The power source of the DC welding arc contains a network rectifier 1, to the DC voltage output of which a bridge voltage converter of four
Источник питания сварочной дуги работает следующим образом. The power source of the welding arc operates as follows.
С помощью схемы управления (на фиг. не показана) на один полупериод выходного напряжения мостового преобразователя открываются его полупроводниковые ключи 2 и 5, расположенные на одной диагонали моста, а на второй полупериод выходного напряжения открываются ключи 3 и 4 на второй диагонали моста при закрывшихся ключах 2 и 5. На выходе мостового преобразователя имеем переменное напряжение прямоугольной формы (эпюра 1, фиг. 2), которое через выходной трансформатор 6 и выходной выпрямитель 12 поступает на нагрузку. Using a control circuit (not shown in Fig.),
Для уяснения сущности изобретения рассмотрим режим выключения транзистора ключа 3 мостового преобразователя при нагрузке, создаваемой выходным трансформатором 6 и ограничительным дросселем 7. На фиг. 2 кривые 1 и 2 изображают напряжение и ток в точке 13 на коллекторе транзистора ключа 3. To clarify the essence of the invention, we consider the mode of turning off the transistor of the
Время нарастания напряжения на коллекторе τф1 определяется из известного выражения заряда емкости постоянным током на интервале коммутации
где CЭ - эквивалентная емкость нагрузки, пересчитанная параллельно транзистору ключа (см. фиг. 1), либо емкость специально подключенного внешнего конденсатора;
Um - максимум напряжения на коллекторе транзистора;
Im1 - максимальное значение тока коллектора транзистора перед его выключением.The rise time of the voltage across the collector τ f1 is determined from the known expression of the charge of the capacitance with direct current on the switching interval
where C E is the equivalent load capacity, counted in parallel with the switch transistor (see Fig. 1), or the capacity of a specially connected external capacitor;
U m is the maximum voltage at the collector of the transistor;
I m1 - the maximum value of the collector current of the transistor before turning it off.
Для надежной работы транзистора в ключе требуется, чтобы время спада тока коллектора tСП, которое определяется в основном параметрами транзистора, было меньше или равно величине τф1, определяемой выражением (1). В противном случае, при tСП > τф1 конечный этап выключения транзистора будет происходить при максимальном напряжении на коллекторе (эпюры 1, 2 фиг. 1), что недопустимо для транзисторов.For reliable operation of the transistor in the key, it is required that the collector current decay time t SP , which is determined mainly by the transistor parameters, be less than or equal to the value of τ ф1 defined by expression (1). Otherwise, when t SP > τ f1, the final stage of turning off the transistor will occur at the maximum voltage on the collector (diagrams 1, 2 of Fig. 1), which is unacceptable for transistors.
Для случая tСП = τф1 из выражения (1) имеем предельную амплитуду тока коллектора
Увеличить значение Im1 в соответствии с формулой (2) можно только путем увеличения CЭ, так как величина tСП определяется параметрами транзистора, а Um определяется напряжением входной сети и не могут быть произвольно изменены. Верхнее значение величины CЭ определяется возможностью работы устройства на холостом ходу. Для этого случая из формулы (1) максимальное значение CЭ
CЭМ = Um•ImXX• τф1 ,
где ImXX - величина тока нагрузки на холостом ходу, определяемая током холостого хода выходного трансформатора.For the case t SP = τ ф1 from expression (1) we have the limiting amplitude of the collector current
Increasing the value of I m1 in accordance with formula (2) is possible only by increasing C E , since the value of t SP is determined by the parameters of the transistor, and U m is determined by the voltage of the input network and cannot be arbitrarily changed. The upper value of the value of C E is determined by the possibility of the device idling. For this case, from formula (1), the maximum value of C e
C EM = U m • I mXX • τ f1 ,
where I mXX is the value of the load current at idle, determined by the idle current of the output transformer.
Из эпюры 1 следует, что максимальное значение τф1 не может быть больше T/4, где T - период выходного напряжения, так как это приведет к исчезновению плоской части на эпюре коллекторного напряжения, а на практике - к срыву колебаний преобразователя.From diagram 1 it follows that the maximum value of τ ph1 cannot be greater than T / 4, where T is the period of the output voltage, since this will lead to the disappearance of the flat part on the collector voltage diagram, and in practice, to failure of the converter vibrations.
Тогда при τф1 ≤ T/4 предыдущее выражение будет иметь вид
СЭМ = Um•ImXX•T/4. (3)
Выражения (2) и (3) определяют предельные возможности для амплитуды тока в коллекторе транзистора ключа, реализуемые в известной схеме.Then, for τ ф1 ≤ T / 4, the previous expression will have the form
With EM = U m • I mXX • T / 4. (3)
Expressions (2) and (3) determine the limiting possibilities for the amplitude of the current in the collector of the transistor switch, implemented in a known scheme.
Авторами изобретения предложено в источнике питания сварочной дуги параллельно выходу переменного тока мостового преобразователя ввести конденсатор 9, выполняющий функцию CЭ только при больших токах нагрузки во время замкнутого состояния ключа 10 переменного тока, с управлением ключом 10 переменного тока с помощью датчика 8 тока и порогового устройства 11.The inventors have proposed to introduce a capacitor 9 in the power source of the welding arc parallel to the AC output of the bridge converter, performing the function C E only at high load currents during the closed state of the AC key 10, with the AC key 10 controlled by the current sensor 8 and a threshold device eleven.
Сигнал датчика 8 тока поступает на пороговое устройство 11 и при превышении порогового значения сигнала датчика 8 (порога UП) (эпюра 3 фиг. 2) замыкает ключ 10 переменного тока. Таким образом подключается в работу конденсатор 9, который в этом случае определяет скорость нарастания напряжения на коллекторе ключа 3 τф2 (эпюра 5 фиг. 2). Через конденсатор 9 при этом протекают короткие импульсы тока, длительность которых равна времени нарастания напряжения на коллекторе транзистора (эпюра 4 фиг. 2). Выполняется условие τф2 > tСП и появляется возможность дополнительного увеличения тока через ключи 2, 3, 4, 5 мостового преобразователя в соответствии с выражением (1). При малых токах пороговое устройство 11 не срабатывает, конденсатор 9 не подключается и работа предлагаемого источника не отличается от работы известного.The signal of the current sensor 8 is supplied to the threshold device 11 and, when the threshold value of the sensor signal 8 (threshold U P ) is exceeded (
Заявляемое устройство проверено на образце сварочного аппарата АСПТ-60, выпускаемом серийно Рязанским приборным заводом по патенту РФ N 2018424. В сварочный аппарат введен узел из датчика тока на ферритовом кольце К20х12х6, порогового устройства на тиристорах КУ112, конденсатора типа К78-2 и ключа переменного тока на транзисторе КТ878А без теплоотвода. Масса введенного узла 0,12 кг. При тех же транзисторах КТ847А в ключах мозгового преобразователя сварочного аппарата выходной ток доведен с 60 А до 90 А. К имевшейся массе АСПТ-60 4,5 кг добавилось 0,12 кг введенного узла и 0,8 кг от установки более мощных силовых элементов, рассчитанных на ток 90 А. The inventive device is tested on a sample of the welding machine ASPT-60, commercially available by the Ryazan Instrument Plant according to the patent of the Russian Federation N 2018424. A node from a current sensor on a K20x12x6 ferrite ring, a threshold device on KU112 thyristors, a K78-2 capacitor and an alternating current key is introduced into the welding machine on the transistor KT878A without heat sink. The mass of the introduced node is 0.12 kg. With the same KT847A transistors in the keys of the brain transducer of the welding machine, the output current was brought from 60 A to 90 A. To the existing mass of ASPT-60 4.5 kg was added 0.12 kg of the introduced unit and 0.8 kg from the installation of more powerful power elements, rated for current 90 A.
Таким образом, в предлагаемом источнике питания сварочной дуги постоянного тока достигнуто увеличение выходного тока в 1,5 раза и удельных характеристик по выходному току с 13,3 А/кг до 16,6 А/кг, т.е. на 25%. Thus, in the proposed power source of the DC welding arc, an increase in the output current by 1.5 times and specific characteristics in the output current from 13.3 A / kg to 16.6 A / kg, i.e. by 25%.
Источники информации
1. Авторское свидетельство N 15300367, кл. B 23 K 9/00, Б.И. N 47, 1989 г.Sources of information
1. Copyright certificate N 15300367, cl. B 23 K 9/00 B.I. N 47, 1989
2. RU N 2080221, кл. B 23 K 9/00, Б.И. N 15, 1997 г. 2. RU N 2080221, class B 23 K 9/00 B.I. N 15, 1997
3. Авторское свидетельство N 1825681, кл. B 23 K 9/00, НОГН 71177, Б.И. N 15, 1997 г. 3. Copyright certificate N 1825681, cl. B 23 K 9/00, NOGN 71177, B.I. N 15, 1997
4. RU N 2018424, кл. B 23 K 9/00, Б.И. N 16, 1991 г. 4. RU N 2018424, cl. B 23 K 9/00 B.I. N 16, 1991
5. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры Э.М. Ромаш М., Радио и связь, 1981 г., с. 139 - 144. 5. Sources of secondary power supply of electronic equipment E.M. Romash M., Radio and Communications, 1981, p. 139 - 144.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99105054/02A RU2175595C2 (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Power source of direct electric current welding arc |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99105054/02A RU2175595C2 (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Power source of direct electric current welding arc |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99105054A RU99105054A (en) | 2001-01-20 |
| RU2175595C2 true RU2175595C2 (en) | 2001-11-10 |
Family
ID=20217080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99105054/02A RU2175595C2 (en) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | Power source of direct electric current welding arc |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2175595C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2012459C1 (en) * | 1991-07-15 | 1994-05-15 | Новосибирский электротехнический институт | Power unit for dc arc welding |
| RU2018424C1 (en) * | 1991-11-28 | 1994-08-30 | Александр Петрович Мишачев | Power source of direct-current welding arc |
| RU2049612C1 (en) * | 1992-04-01 | 1995-12-10 | Новосибирский государственный технический университет | Power source for direct current electric arc welding |
| RU2066605C1 (en) * | 1994-06-29 | 1996-09-20 | Олег Александрович Яремченко | Power supply source for arc welding, device for arc excitation and current overload protection device |
-
1999
- 1999-03-01 RU RU99105054/02A patent/RU2175595C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2012459C1 (en) * | 1991-07-15 | 1994-05-15 | Новосибирский электротехнический институт | Power unit for dc arc welding |
| RU2018424C1 (en) * | 1991-11-28 | 1994-08-30 | Александр Петрович Мишачев | Power source of direct-current welding arc |
| RU2049612C1 (en) * | 1992-04-01 | 1995-12-10 | Новосибирский государственный технический университет | Power source for direct current electric arc welding |
| RU2066605C1 (en) * | 1994-06-29 | 1996-09-20 | Олег Александрович Яремченко | Power supply source for arc welding, device for arc excitation and current overload protection device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2175595C2 (en) | Power source of direct electric current welding arc | |
| JPS5849112B2 (en) | Commutation circuit | |
| RU2116174C1 (en) | Welding-arc dc power supply | |
| Gorain et al. | Analysis of high-frequency class E resonant inverter and its application in an induction heater | |
| RU2669382C1 (en) | Method of generation of electrical quasi-harmonic vibrations in inductive-resistive load | |
| RU2291550C1 (en) | One-phased semi-bridge inverter | |
| KR920019055A (en) | Power converter | |
| SU1728948A1 (en) | Controlled ac voltage-to-ac voltage converter | |
| RU2841359C1 (en) | Electric oscillations parametric resonance excitation switching method and device for its implementation | |
| RU2189689C1 (en) | Inverter | |
| RU2109394C1 (en) | Quasi-resonance constant voltage converter with switching- over under zero voltage | |
| SU1050071A1 (en) | Single-phase resonant inverter | |
| RU2131638C1 (en) | Direct voltage converter | |
| SU1493987A1 (en) | Pulsed ac voltage stabilizer | |
| RU2147785C1 (en) | Semiconductor dc-to-ac voltage converter with predetermined functional time dependence | |
| SU1474815A1 (en) | Resonant inverter | |
| RU30225U1 (en) | Pulse converter of direct voltage to alternating voltage of a given frequency and shape | |
| SU1513589A1 (en) | Frequency converter | |
| RU2212759C2 (en) | Generator using passive-active method for signal current input in three-phase power mains | |
| RU2186452C2 (en) | Half-bridge dc voltage converter | |
| RU2291562C2 (en) | Method for injection of signals into three-phased electric network | |
| SU1171921A1 (en) | Stabilized power source | |
| RU2280948C2 (en) | Generator for inputting current signal to three-phase mains | |
| RU43796U1 (en) | DEVICE OF ULTRASONIC CLEANING OF HEAT UNITS FROM DEPOSITS | |
| SU641611A1 (en) | Self-sustained self-excited inverter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030302 |