Search Images Maps Play YouTube News Gmail Drive More »
Sign in
Screen reader users: click this link for accessible mode. Accessible mode has the same essential features but works better with your reader.

Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberWO2012177177 A2
Publication typeApplication
Application numberPCT/RU2012/000465
Publication dateDec 27, 2012
Filing dateJun 15, 2012
Priority dateJun 20, 2011
Also published asWO2012177177A3
Publication numberPCT/2012/465, PCT/RU/12/000465, PCT/RU/12/00465, PCT/RU/2012/000465, PCT/RU/2012/00465, PCT/RU12/000465, PCT/RU12/00465, PCT/RU12000465, PCT/RU1200465, PCT/RU2012/000465, PCT/RU2012/00465, PCT/RU2012000465, PCT/RU201200465, WO 2012/177177 A2, WO 2012177177 A2, WO 2012177177A2, WO-A2-2012177177, WO2012/177177A2, WO2012177177 A2, WO2012177177A2
InventorsSergej Mikhajlovich Anpilov, Сергей Михайлович АНПИЛОВ, Viktor Mikhajlovich SHIGIN, Виктор Михайлович ШИГИН
ApplicantSergej Mikhajlovich Anpilov, Shigin Viktor Mikhajlovich
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Patentscope, Espacenet
Method for initiating an electric arc and device for the implementation thereof
WO 2012177177 A2
Abstract
The invention relates to the field of mechanical engineering, more specifically to welding engineering and, in particular, to devices for initiating and stabilizing an arc during the gas-shielded manual or automatic welding of, inter alia, aluminium and alloys thereof using a non-consumable electrode and direct and alternating current. The aim of the invention is to improve the quality of the welded joint by increasing arcing stability, enhance operating reliability, optimize the number of elements required to initiate an arc, reduce the mass and dimensions of the device and reduce labour outlay in the manufacture thereof, as well as to increase job safety for welders. This aim is achieved in that in the proposed invention, an ignition pulse is generated as a result of energy accumulated in an inductor of the arc power supply when the current in the main circuit is already greater than the holding current, for which purpose, before an ignition pulse is supplied to the arc gap, a controlled switch is activated parallel to the output terminals of the arc power supply, which has its own inductor, and the main circuit of the arc power supply is shorted, allowing current to build up to a value greater than that of the holding current, whereupon the controlled switch is deactivated and, under the effect of the electromotive force of self-induction of the inductor of the arc power supply, the current is switched via the primary winding of a pulse transformer to charge a storage capacitor, and the voltage induced in the secondary winding of the pulse transformer, connected in series into the power circuit of the arc power supply, is applied to the gap between the electrodes and breaks down said gap, thus enabling the initial ionization of the arc gap and closing the main circuit. For the purposes of controlling a switch, for example a transistor switch, the device for initiating a direct current electric arc is provided with an electrically isolated current sensor, a holding current setpoint adjustment unit, a comparison unit, an ignition pulse generator, and a trigger, wherein the trigger output is connected to the control input of the switch, the trigger set input is connected to the output of the ignition pulse generator, and the trigger reset input is connected to the output of the comparison unit, the first input of which is connected to the output of the holding current setpoint adjustment unit, and the second input of the comparison unit is connected to the output of the electrically isolated current sensor, the primary circuit of which is connected into the arc power supply circuit. Furthermore, the device for initiating an alternating current electric arc, and more specifically the circuit of the controlled switch, for example a transistor switch, is additionally provided with an uncontrolled bridge rectifier and a module evaluation unit, the input of which is connected to the output of the current sensor, while the output of said module evaluation unit is connected to the second input of the comparison unit, the first input of the uncontrolled bridge rectifier is connected to the common point of the electrically isolated current sensor and the pulse transformer, the second input of the uncontrolled bridge rectifier is connected to the common point of the storage capacitor, the article and the arc power supply, and the outputs of the uncontrolled bridge rectifier are connected to the controlled switch, the control input of which is connected to the output of the comparison unit.
Claims(3)  translated from Russian
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ возбуждения электрической дуги, по которому пробой дугового промежутка производят импульсом высокого напряжения и возбуждением колебательного контура от стороннего источника энергии, обеспечивающего искровой разряд на дуговом промежутке на время, достаточное для развития основной дуги, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что поджигающий импульс формируют за счет энергии, накопленной в индуктивности источника питания основной дуги в момент, когда ток в основной цепи уже превышает ток удержания, для чего перед подачей поджигающего импульса на дуговой промежуток параллельно выходным зажимам источника питания дуги, имеющего собственную индуктивность, включают управляемый ключ и закорачивают основную цепь источника питания дуги, обеспечивая нарастание тока до величины выше тока удержания, после чего управляемый ключ выключают и ток под действием электродвижущей силы самоиндукции собственной индуктивности источника питания дуги через первичную обмотку импульсного трансформатора переключают на заряд накопительного конденсатора, а напряжение, наводимое во вторичной обмотке импульсного трансформатора, включенной последовательно в силовую цепь источника питания дуги прикладывют к межэлектродному промежутку и пробивают его, чем обеспечивают начальную ионизацию дугового промежутка и замыкают основную цепь. 1. A method of driving an electric arc, in which the breakdown of the arc gap generate high voltage pulse and the excitation of the oscillating circuit of the third-party source of energy, providing a spark to arc gap for a time sufficient for the development of the main arc of the t n and h and w u and d with me that the ignition pulses are generated by the energy stored in the inductance of the main arc power supply at a time when the current in the primary circuit exceeds the holding current, which before applying the ignition pulse at the arc gap parallel to the output terminals of a source of arc power, having its own inductance include controllable switch and short-circuit the main source of arc power supply circuit, providing a current rise to a value above the holding current, then the controlled switch is turned off and the current in response to electromotive force of self-induction of self-inductance source of arc power through the primary winding of the pulse transformer is switched to the charge storage capacitor, and the voltage induced in the secondary winding of the pulse transformer connected in series to the power supply source circuit arc prikladyvyut to the interelectrode gap and penetrate it, than provide the initial ionization of the arc gap and close the main chain.
2. Устройство для возбуждения электрической дуги, содержащее источник питания дуги, импульсный трансформатор, накопительный конденсатора, электрод, изделие, нелинейный ограничитель напряжения, управляемый ключ, отличающееся тем, что оно снабжено гальванически развязанным датчиком тока, узлом задания уставки тока удержания, узлом сравнения, генератором запускающих импульсов и триггером, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа, вход установки триггера соединен с выходом генератора запускающих импульсов, а вход сброса с выходом узла сравнения, первый вход которого соединен с выходом узла задания уставки тока удержания, а второй вход соединен с выходом гальванически развязанного датчика тока, первичная цепь которого включена в цепь источника тока дуги. 2. The apparatus for driving an electric arc comprising an arc power supply, a pulse transformer, the capacitor storage electrode, a product nonlinear limiter voltage-controlled switch, characterized in that it is provided with a galvanically isolated current sensor, the current setpoint setting unit retention comparison unit, generator trigger pulse and the trigger, the output of which is connected to the control input of the controllable switch, the flip-flop set input connected to the output of the generator firing pulses and a reset input with the output of comparison unit, the first input coupled to an output current setting reference node retention, and a second input connected to the the output galvanically isolated current sensor, the primary circuit of which is included in the current source circuit of the arc.
3. Устройство для возбуждения электрической дуги по п.2, отличающееся тем, что дополнительно введен неуправляемый мостовой диодный выпрямитель и блок вычисления модуля, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход соединен со вторым входом узла сравнения, первый вход неуправляемого мостового диодного выпрямителя соединен с общей точкой гальванически развязанного датчика тока и 3. The apparatus for driving an electric arc according to claim 2, characterized in that the additionally introduced uncontrolled diode rectifier bridge and a calculation unit module having an input coupled to an output current sensor, and an output connected to the second input of the comparison unit, the first input of uncontrolled diode rectifier bridge connected to the common point of a galvanically isolated current sensor
ю импульсного трансформатора, второй вход неуправляемого мостового диодного выпрямителя соединен с общей точкой накопительного конденсатора, изделия и источника питания дуги, а выходы неуправляемого мостового диодного выпрямителя соединены с управляемым ключом, управляющий вход которого соединен с выходом узла сравнения. w of the pulse transformer, the second input of uncontrolled diode rectifier bridge connected to the common point of the storage capacitor, and products arc power source, and outputs uncontrolled diode rectifier bridge connected to a controllable switch, a control input coupled to an output node of comparison.
Description  translated from Russian

СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ Driving method of ARC

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к сварочному производству, в частности, к устройствам для возбуждения и стабилизации горения дуги при ручной и автоматической сварке в том числе алюминия и его сплавов неплавящимся электродом в защитных газах на постоянном и переменном токе. The invention relates to mechanical engineering, namely to the welding engineering, in particular, to devices for exciting and stabilization of the arc for manual and automatic welding, including aluminum and its alloys, non-consumable electrode gas shielded for direct and alternating current.

Известен способ возбуждения электрической дуги, при котором импульсом высокого напряжения обеспечивают пробой дугового промежутка и поддерживают неустойчивый искрового разряда на время, достаточное для нарастания тока основного источника до величины выше тока удержания. There is a method of excitation of the electrical arc, in which the high-voltage pulse provides a breakdown of the arc gap and support the fragile spark discharge for a time sufficient to increase the current main source to a value above the holding current. : Сатаров Х.Н., Дюргеров Н.Г. : Satarov HN, NG Dyurgerov и Морозкин И.С. and Morozkin IS Зажигание сварочной дуги, ГЕФЕСТ, Ростов-на- Дону, 1999 г., стр. 90, "Ignition of the arc," Hephaestus, Rostov-on-Don, 1999, p. 90,

Известен способ бесконтактного возбуждения дуги, принятый заявителем за прототип и раскрытый в патентах Российской Федерации N2047437, кл.В23К9/06, 9/00, 1995 г. и N2173618, кл. There is a method of non-contact arc excitation, received by the applicant as a prototype, and as disclosed in the Russian Federation patents N 2047437, kl.V23K9 / 06, 9/00, 1995 and N 2,173,618, cl. В23К9/067, 2001 г., в котором от стороннего источника энергии импульсом высокого напряжения производят пробой (ионизацию) дугового промежутка и возбуждают высокочастотный колебательный контур, обеспечивающий на дуговом промежутке искровой разряд до развития основной дуги. V23K9 / 067, 2001, in which a third-party power source of high voltage pulse produces breakdown (ionization) of the arc gap and stimulate high-oscillating circuit, which provides on the arc gap spark discharge before the main arc of development.

Известно устройство, обеспечивающее бесконтактное возбуждение дуги по патенту Российской Федерации N2047437, кл. A device that provides non-contact arc excitation of the patent of the Russian Federation N 2047437, cl. В23К9/06, 1995 г. содержащее коммутатор, релаксатор с накопительным конденсатором, подключённый к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого одним выходом подключена к разрядному электроду разрядника, пассивный электрод которого через конденсатор разрядника подключен к выходу осциллятора, разрядник выполнен с дополнительным разрядным электродом, подключённым к другому выходу осциллятора, другой вывод вторичной обмотки подключен к конденсатору разрядника. V23K9 / 06, 1995 contains a switch, relaxer a storage capacitor connected to the primary winding of the transformer secondary winding whose one output is connected to the discharge electrode spark gap, which is a passive electrode through a spark gap capacitor connected to the output of the oscillator, the arrester is provided with an additional discharge electrode, is connected to another output of the oscillator, the other terminal of the secondary winding is connected to the capacitor arrester.

Известно устройство, обеспечивающее бесконтактное возбуждение дуги по патенту Российской Федерации N2173618, кл. A device that provides non-contact arc excitation of the patent of the Russian Federation N 2173618, cl. В23К9/067, 2001 г. принятый заявителем за прототип. V23K9 / 067, adopted in 2001 by the applicant as a prototype. Оно содержит источник питания дуги, импульсный трансформатор, зарядную цепь и разрядный контур, образованный накопительным конденсатором, тиристором и первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная высоковольтная обмотка которого включена в сварочную цепь, импульсный трансформатор снабжён второй высоковольтной вторичной обмоткой, а зарядная цепь состоит из высоковольтного колебательного контура, образованного параллельно включёнными конденсатором и индуктивностью, разрядника, разделительного конденсатора и высоковольтного накопительного конденсатора, при этом высоковольтный накопительный конденсатор через разрядник параллельно подключён к высоковольтному колебательному контуру, который включен последовательно с источником питания дуги и параллельно с первой высоковольтной вторичной обмоткой, а разрядник последовательно соединён со второй высоковольтной вторичной обмоткой, параллельно подсоединённой через разделительный конденсатор к источнику питания дуги. It comprises a source of arc power pulse transformer, the charging circuit and the discharge circuit formed by the storage capacitor, the thyristor and the primary winding of the pulse transformer, the secondary high voltage winding is included in the welding circuit, the pulse transformer is equipped with a second high-voltage secondary winding and the charging circuit includes a high-voltage oscillating loop formed by parallel connected capacitor and inductor, a spark gap, the coupling capacitor and the high voltage storage capacitor, and the high voltage storage capacitor via the arrester is connected in parallel to the high voltage oscillator circuit which is connected in series with the power supply of the arc and in parallel with the first high-voltage secondary winding and the spark gap in series connected to a second high-voltage secondary winding is connected in parallel across the capacitor to the arc power supply.

Для лучшего понимания способа, раскрытого в вышеназванных патентах, заявитель приводит на фиг.5 функциональную схему устройства, при помощи которого осуществляют данный способ. For a better understanding of the method disclosed in the above mentioned patents, the Applicant on lead 5 is a functional diagram of the device by means of which the method is carried out. Оно включает в себя источник питания дуги 1, образованный источником напряжения Е1 2 и собственной индуктивностью L1 3, источник заряда Е2 14 накопительного конденсатора Сн 13, импульсный трансформатор 9, первичная обмотка 1 1 которого через ключ 12 соединена с выводами накопительного конденсатора 13, вторичная обмотка 10 импульсного трансформатора 9 включена последовательно с электродом 6 и изделием 7, образующими дуговой промежуток, и соединена с выводами 4 и 5 источника питания дуги 1 и фильтровым конденсатором Сф 8. It includes a power arc supply 1, formed by the source voltage E1 2 and the self inductance L1 3, the source charge E2 14 storage capacitor CH 13, pulse transformer 9, the primary winding 1 1 which through a switch 12 is connected with the findings of the storage capacitor 13, the secondary winding 9, the pulse transformer 10 is in series with the electrode 6 and the workpiece 7 which form an arc gap, and is connected to terminals 4 and 5 arc power source 1 and a filter capacitor 8 Sf.

По существу, осциллятор - емкостной накопитель энергии, разрядная цепь которого представляет собой высокочастотный высокой добротности последовательный колебательный контур на индуктивности рассеяния импульсного трансформатора Ls и накопительной емкости Сн (Сф Сн; . Ls < L1), в цепь которого последовательно включен дуговой промежуток деталь-электрод. In fact, the oscillator - capacitive energy storage discharge circuit which is a high-frequency high Q series resonant circuit in the leakage inductance of the pulse transformer Ls and the accumulative capacity CH (Sf "CH; Ls <L1.), In which the chain has consistently included detailed arc gap electrode.

Работа схемы по известному способу (фиг. 5) показана на фиг. Work scheme by a known method (FIG. 5) is shown in FIG. 4а. 4a. В момент времени t 0 , после замыкания ключа К (обычно искровой разрядник) и пробоя дугового промежутка импульсом высокого напряжения образуется неустойчивый искровой разряд. At time t 0, formed unstable spark after the key K circuit (usually spark gap) and the breakdown of the arc length of the high voltage pulse. На индуктивности L1 3 основного источника питания дуги 1 образуется разность напряжений между ЭДС источника 2 и напряжением на дуговом промежутке электрод 6 - деталь 7 и в основной цепи начинает нарастать ток 1 д . On the inductance L1 3 main arc power source 1 is formed the voltage difference between the EMF source 2 and the voltage across the arc gap electrode 6 - part 7 and the main circuit current starts to grow 1 d.

Длительность колебаний разрядного импульса осциллятора (неустойчивый искровой разряд) должна превышать время t мин , достаточное для нарастания тока в основной цепи выше тока удержания i уд , при котором ионизация межэлектродного промежутка обеспечивается током основной цепи и возможно дальнейшее нарастание тока до заданного значения. The duration of the oscillation of the oscillator discharge pulse (intermittent spark) must be greater than the time t min is sufficient to increase the current in the primary circuit current higher retention ud i at which the ionization electrode gap is provided by the current of the main chain and may further increase the current to a predetermined value.

Переход к дуговому разряду (возникновение дуги) происходит в том случае, если разряд возникает под действием напряжения, способного вызвать пробой межэлектродного промежутка и поддерживать ток при значении, достаточном для горения дуги, то есть ток должен быть больше некоторого минимального тока горения дуги. The transition to arc discharge (arc occurrence) occurs if the discharge is caused by the stress that can cause a breakdown of the electrode gap and maintain the current at a value sufficient for the arc, that is, the current must be greater than a certain minimum current arc. Все промежуточные стадии искрового разряда перед дуговым разрядом являются неустойчивыми и, если мощность источника питания дуги недостаточна для поддержания тока дуги, разряд гаснет. All intermediate stage spark discharge to arc discharge is unstable and if the source of the arc power supply is not sufficient to maintain the arc current, the discharge is extinguished.

Искровой разряд является нестационарным. Spark discharge is non-stationary. Все характеристики искрового разряда являются функциями времени. All the characteristics of the spark discharge are functions of time. Искровой разряд, как и дуговой, характеризуется низким катодным падением напряжения, значительно ниже, чем в тлеющем разряде. Spark discharge, arc-like, has a low cathode drop voltage is much lower than in a glow discharge.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, принятых за прототип, относятся малая эффективность действия, невысокая надежность, большие габаритные размеры, масса и сложность эксплуатации известных устройств, обусловленная индивидуальными свойствами источника питания дуги, режимом сварки, режимом работы питающей сети и конструктивными особенностями оборудования. The obstacles to achieve the said below technical result, when using the prior art taken as a prototype are low effectiveness, low reliability, big dimensions, weight and complexity of the operation of the prior art, due to the individual properties of the source of arc power, welding mode, operating mode supply network design features and equipment.

Технической задачей изобретения является улучшение качества сварного соединения за счёт повышения стабильности возбуждения дуги, надежности работы и оптимизации количества элементов, обеспечивающих возбуждение дуги, снижение массы и габаритов, а также сокращение затрат труда на изготовление устройств в целом и повышение безопасности работы сварщика. An object of the invention is to improve the quality of the weld joint by increasing the arc excitation stability, reliability and optimization of the number of components that provide the arc excitation, reduced weight and dimensions, as well as reducing labor costs for manufacturing in general and improving safety devices welder works.

Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемом решении поджигающий импульс формируют за счет энергии, накопленной в индуктивности источника питания дуги в момент, когда ток в основной цепи уже превышает ток удержания, для чего перед подачей поджигающего импульса на дуговой промежуток параллельно выходным зажимам источника питания дуги, имеющего собственную индуктивность, включают управляемый ключ и закорачивают основную цепь источника питания дуги, обеспечивая нарастание тока до величины выше тока удержания, после чего управляемый ключ выключают и ток под действием электродвижущей силы самоиндукции собственной индуктивности источника питания дуги через первичную обмотку импульсного трансформатора переключают на заряд накопительного конденсатора, а напряжение, наводимое во вторичной обмотке импульсного трансформатора, включенной последовательно в силовую цепь источника питания дуги прикладывют к межэлектродному промежутку и пробивают его, чем обеспечивают начальную ионизацию дугового промежутка и замыкают основную цепь. The stated technical problem is solved by the fact that in the proposed decision ignition pulse is formed at the expense of the energy stored in the inductance of the arc power supply at a time when the current in the primary circuit exceeds the holding current, which before applying the ignition pulse at the arc gap parallel to the output terminals of the power source arc having a self-inductance include controlled key and shorted backbone source of arc power supply, providing current rise to a value above the holding current, then the controlled switch is turned off and the current in response to electromotive force of self-induction own source of arc power inductor through the primary winding of the pulse transformer is switched on charge storage capacitor, and the voltage induced in the secondary winding of the pulse transformer connected in series to the power supply source circuit arc prikladyvyut to the interelectrode gap and penetrate it, than provide the initial ionization of the arc gap and close the main chain.

Кроме того, для управления ключом, например транзисторным, в устройство для возбуждения электрической дуги постоянного тока введен гальванически развязанный датчик тока, узел задания уставки тока удержания, узел сравнения, генератор запускающих импульсов и триггер^ причем выход триггера соединен с управляющим входом ключа, вход установки триггера соединен с выходом генератора запускающих импульсов, а вход сброса триггера с выходом узла сравнения, первый вход которого соединен с выходом узла задания уставки тока удержания, а второй вход узла сравнения соединен с выходом гальванически развязанного датчика тока, первичная цепь которого включена в цепь источника питания дуги. In addition, for key management, such as a transistor, a device for driving the electrical arc DC introduced galvanically isolated current sensor, the current setpoint setting retention assembly comparison node generator trigger pulse and trigger ^ and trigger output connected to a control key input set input a trigger connected to the output of the generator trigger pulse and trigger the reset input to the output of comparison unit, the first input coupled to an output current setting reference node retention, and the second comparison input node coupled to the output galvanically isolated current sensor, a primary circuit which is included in the power supply circuit arc.

Кроме того, в устройство для возбуждения электрической дуги переменного тока, а именно в цепь управляемого ключа, например транзисторного, дополнительно введен неуправляемый мостовой диодный выпрямитель и блок вычисления модуля, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход соединен со вторым входом узла сравнения, первый вход неуправляемого мостового диодного выпрямителя соединен с общей точкой гальванически развязанного датчика тока и импульсного трансформатора, второй вход неуправляемого мостового диодного выпрямителя соединен с общей точкой накопительного конденсатора, изделия и источника питания дуги, а выходы неуправляемого мостового диодного выпрямителя соединены с управляемым ключом, управляющий вход которого соединен с выходом узла сравнения. In addition, for driving the electrical arc AC device, namely a circuit controllable switch, eg a transistor, is additionally introduced unguided bridge diode rectifier and power calculation unit having an input coupled to an output current sensor, and an output connected to the second input of the comparison unit, first input unmanaged bridge diode rectifier is connected to the common point of a galvanically isolated current sensor and the pulse transformer, the second input unmanaged bridge diode rectifier is connected to the common point of the storage capacitor, the product and the source of arc power, and outputs an unmanaged bridge diode rectifier connected to the control key, the control input It is connected to the output of the comparison unit.

На фиг. FIG. 1 дана функциональная схема реализации способа возбуждения электрической дуги; 1 is a functional block diagram of the method of driving an electric arc; на фиг. FIG. 2 дана принципиальная электрическая схема устройства по реализации способа для возбуждения дуги постоянного тока; 2 shows a circuit for implementing the method of an apparatus for driving a DC arc; на фиг. FIG. 3 - принципиальная электрическая схема устройства по реализации способа для возбуждения дуги переменного тока; 3 - a circuit for implementing the method of an apparatus for driving the arc AC; на фиг. FIG. 4 даны эпюры напряжений и токов в сварочной цепи по известному и предлагаемому способам: а) - существующий способ, Ь) - предлагаемый способ, ai - эпюры напряжения на дуговом промежутке; 4 are diagrams of voltages and currents in the welding circuit from the known and proposed methods: a) - There is a way b) - the proposed method, ai - diagrams of the voltage across the arc gap; га - эпюра тока на дуговом промежутке; ha - in the current diagram arc gap;

B1 - эпюра напряжения на дуговом промежутке; B1 - voltage diagram on the arc gap;

В2 - эпюра тока источника тока дуги; B2 - the diagram of the arc current power source; вз - эпюра тока управляемого ключа; taken - current diagram controllable switch;

В4 - эпюра тока дуги; B4 - diagram arc current; на фиг. FIG. 5 - функциональная схема устройства по известному способу; 5 - a functional diagram of the device in a known manner; Условные обозначения: U - напряжение источника; Legend: U - voltage source; t - время; t - time;

Ei - электродвижущая сила источника напряжения; Ei - electromotive force voltage source;

UD - напряжение дуги (в дуговом промежутке); UD - arc voltage (arc gap);

Up - поджигающий импульс; Up - ignition impulse;

1уд - ток удержания; 1ud - holding current; ш - ток источника тока дуги; w - the power supply current of the arc;

ID - ток дуги; ID - arc current; ik - ток управляемого ключа; ik - current controllable switch; to - момент замыкания ключа; to - rently circuit; ti - время, когда iu = .уд; ti - time iu = .ud;

tk - момент размыкания управляемого ключа, t2 > ti. tk - time of opening key managed, t2> ti.

Функциональная схема устройства по предлагаемому способу фиг.1. A functional diagram of the device 1 according to the proposed method. включает в себя источник питания дуги 1, образованный источником напряжения (Е1) 2 и собственной индуктивностью (L1) 3 и снабженное выводами 4 и 5, электрод 6 и изделие 7, образующие дуговой промежуток, нелинейный ограничитель напряжения 8, импульсный трансформатор 9 с обмотками вторичной 10 и первичной 11 , управляемый ключ 12 и накопительный конденсатор (Сн) 13. includes a source of arc power source 1 formed by a voltage source (E1) 2 and the self inductance (L1) 3 and provided with terminals 4 and 5, electrode 6 and the device 7 forming the arc gap, the nonlinear voltage limiter 8, the pulse transformer 9 with the windings of the secondary 10 primary and 11, driven key 12 and a storage capacitor (CH) 13.

Начало вторичной обмотки 10 соединено с электродом 6, конец первичной обмотки 11 соединен с первым выводом накопительного конденсатора 13, другие выводы обмоток 10 и 1 1 соединены между собой, первыми выводами управляемого ключа 12, нелинейного элемента 8 и выводом 4 источника питания дуги 1, вывод 5 которого соединен со вторыми выводами управляемого ключа 12, накопительного конденсатора 13, нелинейного элемента 8 и изделием 7. The beginning of the secondary winding 10 is connected to the electrode 6, the end of the primary winding 11 is connected to a first terminal of the storage capacitor 13, the other terminals of windings 10 and 1 1 are connected to each other, first terminals of controllable switch 12, the non-linear element 8 and the terminal 4 of the source of arc power supply 1, the output 5 is connected to second terminals of controllable switch 12, a storage capacitor 13, the non-linear element 8 and the workpiece 7.

Работа устройства по предлагаемому способу Фиг. The operation of the proposed method Fig. 1 поясняется эпюрами фиг. 1 explains the Diagrams Fig. 4Ь и происходит следующим образом. 4b and occurs as follows.

В начальный момент времени t 0 замыкается управляемый ключ 12 и в цепи источника питания дуги 1 под действием электродвижущей силы (Е1) 2 начинает протекать ток in , накапливая энергию в индуктивности (L1) 3. В момент времени tj , когда ток iLi превышает ток удержания дуги 1уд и энергия, накопленная в (L1) 3, достаточна для формирования высоковольтного импульса на дуговом промежутке, управляемый ключ размыкают. At the initial time t 0 closes controllable switch 12 and the arc power supply circuit 1 by the electromotive force (E 1) 2 starts to flow in the current storing energy in the inductor (L1) 3. At time tj, iLi when the current exceeds the holding current 1ud arc and the energy stored in the (L1) 3, is sufficient for the formation of a high-voltage pulse to the arc gap, driven key is opened. Под действием электродвижущей силы самоиндукции индуктивности (L1) 3 ток in через первичную обмотку 1 1 импульсного трансформатора 9 переключается на заряд накопительного конденсатора 13, индуцируя импульс высокого напряжения во вторичной обмотке 10, который суммируясь с выходным напряжением источника питания дуги 1 прикладывается к дуговому промежутку и пробивает его, обеспечивая начальную ионизацию и замыкая основную цепь, при этом ток разряда накопительного конденсатора 13 и ток силовой цепи iu суммируются, повышая тем самым эффективность зажигания дуги. Under the influence of the electromotive force of the inductance of the self-inductance (L1) 3 current in through the primary winding 1 1 of the pulse transformer 9 is switched to the charge storage capacitor 13, inducing a high voltage pulse in the secondary winding 10 which is summed with the output voltage of the arc power source 1 is applied to the arc gap and hit it, providing an initial ionization and closing the main chain, and the discharge current of the storage capacitor 13 and the main circuit current iu are summed, thereby increasing the efficiency of the arc ignition. Нелинейный элемент 8 ограничивает коммутационные напряжения на выходе источника 1 и управляемом ключе 12 на допустимом по условиям надежности и безопасности уровне. The non-linear element 8 limits the switching voltage at the output of the source 1 and the control key 12 on allowable under the terms of the reliability and safety level.

Таким образом, способ предварительного вывода основного источника питания дуги через управляемый ключ на ток выше тока удержания и использование энергии собственной индуктивности источника питания дуги на формирование короткого высоковольтного импульса для пробоя и первичной ионизации дугового промежутка позволяет исключить стадию неустойчивого разряда в процессе возбуждения дуги, источник заряда накопительного конденсатора и колебательный контур, что обеспечивает повышение надежности работы, снижение массы, габаритов и затрат труда на изготовление устройств бесконтактного зажигания дуги, а снижение энергии Thus, the process of the preliminary finding of the main source of arc power supply via a controllable switch in the current above the current confinement and the use of a source of arc power self-inductance energy to the formation of a short high-voltage pulse to the breakdown and the primary ionization of the arc gap avoids unstable discharge step in the process of arc excitation, the charge source a storage capacitor and an oscillating circuit, which increases the reliability, reduction in weight, size and cost of labor for the manufacture of non-contact arc ignition devices, and energy reduction

б высоковольтного импульса в связи с отсутствием необходимости возбуждения колебательного контура повышает безопасность работы сварщика. used high-voltage pulse in the absence of the need for the excitation oscillation circuit improves safety welding work.

Кроме того, длительность единичного осциллирующего импульса в предлагаемом решении не превышает долей микросекунды (эквивалентная частота импульса выше 1МГц), соответственно уменьшается энергия импульса (более чем на порядок), следовательно, и его вредное воздействие на сварщика. In addition, the duration of a single pulse oscillating in the proposed decision does not exceed a fraction of a microsecond (equivalent to a pulse frequency above 1 MHz), the pulse energy is reduced accordingly (by more than an order of magnitude), hence, its harmful effect on the welder.

Кроме того, возможность применения бесконтактного управляемого ключа, снижение энергии импульса и отсутствие отдельного источника питания осциллятора ведет к существенному улучшению массогабаритных и энергетических характеристик устройства при повышении надежности, стабильности и безопасности, а возможность регулирования начального тока дуги способствует улучшению качества сварного соединения. In addition, the possibility of using the contactless controllable switch, pulse energy reduction and the absence of a separate power supply oscillator leads to a significant improvement in weight and size and power characteristics of the device by increasing the reliability, stability and security, and the possibility of primary current control arc improves the quality of the weld joint.

Принципиальная электрическая схема устройства по реализации способа для возбуждения электрической дуги постоянного тока (фиг.2) A circuit for implementing the method of an apparatus for driving a DC electric arc (2)

Устройство состоит из источника питания дуги постоянного тока 1 , образованного источником напряжения Е1 2 собственной индуктивностью L1 3 и снабженное выводами 4 и 5, электрода 6 и изделия 7, образующих дуговой промежуток, нелинейного ограничителя напряжения 8, импульсного трансформатора 9 с обмотками вторичной 10 и первичной 11, управляемого, например транзисторного, ключа 12 и накопительного конденсатора 13, гальванически развязанного датчика тока 14, узла задания уставки тока 15, узла сравнения 16, задающего генератора 17 и триггера 18. The apparatus consists of a DC arc supply 1 formed E1 voltage source 2 self inductance L1 3 and provided with terminals 4 and 5, electrode 6 and articles 7 forming the arc gap, a non-linear limiter 8 V, the pulse transformer 9 with the windings of the secondary 10 and primary 11, managed, such as the transistor, the key 12 and the storage capacitor 13, a galvanically isolated current sensor 14, current setpoint setting unit 15, the comparison unit 16, the oscillator 17 and the flip-flop 18.

Начало вторичной обмотки 10 соединено с электродом 6, конец первичной обмотки 1 1 соединен с первым выводом накопительного конденсатора 13, другие выводы обмоток 10 и 1 1 соединены между собой, коллектором управляемого транзисторного ключа 12 и через первичную цепь датчика тока 14 с первым выводом нелинейного элемента 8 и выводом 4 источника питания дуги 1, вывод 5 которого соединен со вторыми выводами накопительного конденсатора 13, нелинейного элемента 8, изделием 7 и эмиттером управляемого ключа 12, управляющий вход которого соединен с выходом триггера 18, вход установки которого соединен с выходом задающего генератора импульсов 17, а вход сброса через узел сравнения 16 связан с узлом задания уставки тока 15 и выходом датчика тока 14. The beginning of the secondary winding 10 is connected to the electrode 6, the end of the primary winding 1 1 is connected to a first terminal of the storage capacitor 13, the other terminals of windings 10, 1 1 are connected together, the collector managed transistor switch 12 and through the primary current sensing circuit 14 to a first terminal nonlinear element 8 and terminal 4 of the power arc supply 1, the output 5 is connected to second terminals of the storage capacitor 13, a nonlinear element 8, Articles 7 and emitter of the controllable switch 12, the control input of which is connected to the output of the flip-flop 18, the entrance installation is connected to the output of the driving pulse generator 17, and a reset input through the data comparison unit 16 is associated with the current setpoint setting unit 15 and the output current sensor 14.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows. Коротким импульсом задающего генератора 17 триггер 18 переводится в активное состояние, открывая управляемый ключ 12. В источнике питания дуги 1 начинает нарастать ток и по достижению уставки тока срабатывания узел сравнения 16 меняет свое состояние, сбрасывая в исходное состояние триггер 18 и закрывая управляемый ключ 12. Ток источника питания дуги 1 переключается на заряд накопительного конденсатора 13, индуцируя трансформатором 9 импульс высокого напряжения на дуговом промежутке электрод 6 -деталь 7, инициируя пробой и зажигание дуги. Short pulses of the oscillator 17, the trigger 18 is transferred to the active state, opening the controlled switch 12. The source of the arc supply 1 starts to grow and to achieve the current pickup current setpoint comparison unit 16 changes state, resetting to the initial state of the flip-flop 18 and closing the controlled switch 12. arc power source 1 current is switched to the charge storage capacitor 13, a transformer 9 inducing a high voltage pulse to the electrode arc gap 6 -detal 7, initiating the breakdown and arc ignition. В установившемся режиме ток дуги превышает ток уставки, поэтому узел сравнения 16 не меняет своего состояния и по входу сброса триггера 18 блокирует прохождении запускающих импульсов с генератора 17 на управляемый ключ 12. В случае отсутствия пробоя дугового промежутка избыток энергии, накопленной в индуктивности L1 3 источника питания дуги 1 сбрасывается на нелинейный ограничитель напряжения 8, ток источника питания дуги снижается до уровня ниже тока уставки и узел сравнения 16 переходит в исходное состояние, обеспечивая повторение цикла. In the steady arc current exceeds the current mode setting, so comparison unit 16 does not change its state and the reset input of flip-flop 18 blocks the passage of firing pulses from the generator 17 driven key 12. If there is no breakdown of the arc gap the excess energy accumulated in the inductor L1 source 3 arc supply 1 is reset to a non-linear voltage limiter 8, the power supply current of the arc is reduced to a level below the current set point and comparing unit 16 moves to its original state, providing cycle repetition.

Принципиальная электрическая схема устройства по реализации способа для возбуждения электрической дуги переменного тока (фиг.З) Schematic for the implementation of the method of an apparatus for driving an electric arc AC (fig.Z)

Устройство состоит из источника питания дуги переменного тока 1 , образованного источником напряжения Е1 2 собственной индуктивностью L1 3 и снабженное выводами 4 и 5, электрода 6 и изделия 7, образующих дуговой промежуток, нелинейного ограничителя напряжения 8, импульсного трансформатора 9 с обмотками вторичной 10 и первичной 11, управляемого, например транзисторного, ключа 12 накопительного конденсатора 13, гальванически развязанного датчика тока 14, узла задания уставки тока 15, узла сравнения 16, блока вычисления модуля 19 и неуправляемого мостового диодного выпрямителя 20. The device consists of a source of arc power AC 1 formed by a voltage source E1 two self inductance L1 3 and provided with terminals 4 and 5, electrode 6 and articles 7 forming the arc gap, a non-linear voltage limiter 8, the pulse transformer 9 with the windings of the secondary 10 and primary 11, managed, such as the transistor, the key 12, the storage capacitor 13, a galvanically isolated current sensor 14, current setpoint setting unit 15, the comparison unit 16, unit calculation module 19 and uncontrolled bridge rectifier diode 20.

Начало вторичной обмотки 10 соединено с электродом 6, конец первичной обмотки 11 соединен с первым выводом накопительного конденсатора 13, другие выводы обмоток 10 и 1 1 соединены между собой и первым входом неуправляемого мостового диодного выпрямителя 20 и через первичную цепь датчика тока 14 с первым выводом нелинейного элемента 8 и выводом 4 источника питания дуги 1 , вывод 5 которого соединен с изделием 7 и со вторыми выводами накопительного конденсатора 13, нелинейного элемента 8 и неуправляемого мостового диодного выпрямителя 20, к выходам которого подключены силовые выводы управляемого, например, транзисторного ключа 12, управляющий вход которого соединен с выходом узла сравнения 16, первый вход которого соединен с блоком задания уставки тока 15, а второй через блок вычисления модуля 19 связан с выходом датчика тока 14. The beginning of the secondary winding 10 is connected to the electrode 6, the end of the primary winding 11 is connected to a first terminal of the storage capacitor 13, the other terminals of windings 10, 1 1 are connected to each other and the first input of the uncontrollable bridge diode rectifier 20 and through the primary current sensing circuit 14 to a first terminal of the nonlinear member 8 and the terminal 4 of the power arc supply 1, the output 5 is connected to the product 7 and to second terminals of the storage capacitor 13, a nonlinear element 8 and unmanaged bridge diode rectifier 20, the outputs of which are connected power output of control, for example, the transistor switch 12 controlling input connected to the output of the comparison unit 16, a first input coupled to a reference current setting unit 15, and the second calculating unit block via 19 connected to the output of current sensor 14.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии модуль сигнала с выхода датчика тока 14 меньше сигнала с блока задания уставки тока 15, выход узла сравнения 16 устанавливается в активный режим и открывает транзисторный ключ 12. В источнике питания дуги 1 начинает нарастать ток и по достижению модуля сигнала с выхода датчика тока 14 уровня сигнала с блока уставки тока 15 узел сравнения 16 меняет свое состояние, закрывая управляемый ключ 12. Ток источника питания дуги 1 переключается на заряд накопительного конденсатора 13, индуцируя трансформатором 9 импульс высокого напряжения на дуговом промежутке электрод 6 -деталь 7, инициируя пробой и зажигание дуги. In the initial state signal module with less output current sensor signal 14 with the current setpoint setting unit 15, comparing the output node 16 is set to active mode, and opens the transistor switch 12. The arc power source 1 and current begins to increase towards the output signal of the module with current sensor 14 level with the current setting unit 15 signal comparison unit 16 changes its state, closing the controlled switch 12. The power supply current of arc 1 is switched to the charge storage capacitor 13, a transformer 9 inducing high-voltage pulse to the electrode arc gap 6 -detal 7, triggering the sample and ignition. В установившемся режиме ток дуги превышает ток уставки, поэтому узел сравнения 16 не меняет своего состояния и управляемый ключ 12 закрыт. In the steady arc current exceeds the current mode settings, so the comparison unit 16 does not change its state and managed by the key 12 is closed. В случае отсутствия пробоя дугового промежутка избыток энергии, накопленной в индуктивности L1 3 источника питания дуги 1 сбрасывается на нелинейный ограничитель напряжения 8, ток источника питания дуги 1 снижается до уровня ниже тока уставки и узел сравнения 16 переходит в исходное состояние, обеспечивая повторение цикла. In the absence of the breakdown arc gap the excess energy stored in the inductor L1 3 arc power source 1 is reset to the voltage non-linear limiter 8, the arc current power supply 1 is reduced to a level below the set current comparison unit 16 and passes to its original state, allowing the repetition of the cycle. При смене полярности входного напряжения схема работает аналогично и производит формирование возбуждающих импульсов при каждом переходе тока через ноль, обеспечивая стабилизацию режима сварки. If you change the input voltage polarity scheme works similarly, and makes the formation of excitatory pulses whenever the current zero, ensuring stabilization of welding.

Использование технического решения по предлагаемому способу возбуждения электрической дуги позволило улучшить качество сварного соединения за счёт повышения стабильности возбуждения дуги и надёжности работы устройства, при оптимизации количества элементов, обеспечивающих возбуждение дуги, позволило снизить энергопотребление, массу и габариты, а также сократить затраты на изготовление устройства, в том числе, повысить безопасность работы сварщика. Using the technical solution of the present method of driving an electric arc has improved weld quality by increasing the arc excitation stability and reliability of the device, optimizing the number of components that provide the arc excitation, thus reducing power consumption, weight and dimensions, as well as reduce the cost of manufacturing the device, including improve safety of the welder performance.

Patent Citations
Cited PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
JPH01178368A * Title not available
JPS60231573A * Title not available
RU2011493C1 * Title not available
RU2173618C2 * Title not available
Classifications
International ClassificationB23K9/06
Cooperative ClassificationB23K9/067, B23K2203/10, B23K9/167, B23K9/23, B23K9/073
Legal Events
DateCodeEventDescription
Feb 20, 2013121Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
Ref document number: 12802498
Country of ref document: EP
Kind code of ref document: A2
Dec 20, 2013NENPNon-entry into the national phase in:
Ref country code: DE
Jul 16, 2014122Ep: pct app. not ent. europ. phase
Ref document number: 12802498
Country of ref document: EP
Kind code of ref document: A2