Устройство автоматического отключения напряжения холостого хода при разрыве сварочной цепи

Устройство автоматического отключения напряжения холостого хода при разрыве сварочной цепи

Условия выполнения электросварочных работ на большинстве промышленных предприятий относятся, с точки эрения адектробезопасности, к условиям с повышенной опасностью или особо опасным. Напряжение холостого хода сварочного трансформатора, достигающее 60—76 В, в помещениях С токопровдящим полом, в емкостях, туннелях, коллекторах является опасным, прикосновение к электроду оголенным участком тела может привести к тяжелым последствиям. В связи с этим «Правила устройства электроустановок» и «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» требуют применения в подобных случаях устройств, обеспечивающих автоматическое отключение напряжения холостого хода сварочного трансформатора или ограничения напряжения холостого хода до 12 В с выдержкой не более 0,5 с.

Выполняя эти требования, на многих предприятиях внедряют релейные устройства ограничения напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Недостатками таких устройств являются низкое быстродействие, малая надежность, неудобство подключения, а в большинстве случаев и невозможность применения их для сварочных трансформаторов без регулирующего дросселя. В предлагаемой конструкции эти недостатки отсутствуют.

Описываемое устройство предназначено для автоматического ограничения напряжения холостого хода сварочного трансформатора до 6—10 В с заданной выдержкой времени в интервале от нуля до 12 с. Оно состоит из четырех основных узлов (рис. 1): триггера Шмитта (транзисторы Т2 и Т3), ждущего блокинг-генератора (транзистор Т4), реле времени (транзистор Т1) и узла коммутации первичной обмотки сварочного трансформатора (тиристоры Д19, Д20). Напряжение питания устройства подается со вторичной обмотки трансформатора Тр2.

Принцип работы устройства основан на неоднозначности напряжений срабатывания и отпускания триггера Шмитта.

При включении питания первичная обмотка сварочного трансформатора Тр3 подключается к сети через цепочку R20C5 или R20C5C6. Напряжение на выводах разомкнутой вторичной обмотки сварочного трансформатора составляет 6—10 В. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора, выпрямленное диодами Д1—Д4, подается на вход электронного устройства. При этом транзисторы Т1 и Т2 открыты, транзистор Т3 закрыт. Ждущий блокинг-генератор не генерирует.

При замыкании сварочной цепи напряжение на выводах вторичной обмотки сварочного трансформатора уменьшается почти до нуля, так как первичная обмотка трансформатора подключена к сети через RC цепь, имеющую большое сопротивление. Напряжение па базе транзистора Т2 становится меньше напряжения отпускания триггера Шмидта. Транзистор Т2 закрывается, а Т3 открывается. Коллекторный ток транзистора T3 создает падение напряжения па делителе R13R14, достаточное для возбуждения блокинг-генератора. Последний начинает генерировать сигнал с частотой около 1 кГц.

Положительные импульсы со вторичной обмотки трансформатора Тр2 через цепочки Д17R18 и Д18R19 подаются на управляющие электроды тиристоров Д19 и д20, обеспечивая их открывание в начале положительного для каждого из них полупериода сетевого напряжения. Через открытые тиристоры на первичную обмотку сварочного трансформатора практически полается полное напряжение сети. На его вторичной обмотке появляется напряжение, равное 20—50 В, которого достаточно для поддержания сварочной дуги, но недостаточно для срабатывания триггера Шмитта.

После окончания процесса сварки при размыкании сварочной цепи напряжение на выводах вторичной обмотки сварочного трансформатора возрастает до 60— 76 В. Падение напряжения на резисторе R3 увеличивается и становится достаточным для пробоя стабилитрона Д5. Транзистор Т1 закрывается. Конденсатор С2, зашунтированный открытым транзистором Т1, начинает заряжаться через резисторы R5—R7. При достижении на конденсаторе С2 напряжения, большего, чем падение напряжения на резисторе R9, срабатывает триггер Шмитта. Транзистор Т2 открывается, а Т3 закрывается. Это приводит к срыву генерации блокинг-генератора. Исчезают управляющие импульсы тиристоров Д19 и Д20. Тиристоры закрываются. Напряжение на первичную обмотку сварочного трансформатора подается только через цепь R20C5 (R20C5C6). Устройство возвращается в исходное состояние. Конденсатор С2 быстро разряжается через открытый транзистор T1.

Резисторы Rl—R3 вместе с конденсатором С1 выполняют роль фильтра входного напряжения. Одновременно резисторы R1—R3 являются балластными для стабилитронов Д7 и Д8. Резистором R3 регулируют напряжение на входе устройства, при котором начинается отсчет времени выдержки на понижение напряжения на вторичной обмотке сварочного трансформатора после разрыва сварочной цепи. Диод Д6 ограничивает напряжение на базе транзистора T1. Диоды Д9 и Д10 обеспечивают развязку триггера по двум входам. Стабилитрон Д11 стабилизирует напряжение питания устройства. Резисторы R18, R19 компенсируют разброс параметров цепи управления тиристоров Д19 и Д20.

Выдержку времени регулируют переменным резистором R6.

Если используется сварочный трансформатор с переключателем на большие и малые токи (например ТД-300, ТД-500), следует учесть, что при переключении изменяется индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к его первичной обмотке. Следовательно, для получения напряжения холостого хода при разомкнутой вторичной цепи и закрытых тиристорах в пределах 6— 10 В, надо изменить параметры RC цепи, шунтирующей тиристоры (переключателем В2). При работе сварочного трансформатора в положении переключателя «Малые токи» переключатель В2 должен быть разомкнут, в положении «Большие токи» — замкнут.

Контроль напряжения питающей сети и на первичной обмотке сварочного трансформатора производится индикаторными лампами Л1 и Л2.

Детали и конструкция. В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ, переменные СП-0,5, конденсаторы ЭМ, К50-6, МБМ. Конденсаторы С5 и С6 — МБГЧ с рабочим напряжением 400 В, но можно использовать и другие типы конденсаторов с рабочим напряжением 600 В.

Трансформатор Tpl выполнен на сердечнике Ш16X25. Первичная обмотка содержит 6070 витков провода ПЭЛ 0,1, вторичная — 200 витков провода ПЭЛ 0,44. В качестве трансформатора Tpl может быть применен любой трансформатор 380/12 В мощностью не менее 8 ВА.

Выходной трансформатор Тр2 намотан проводом ПЭЛ 0,23 на сердечнике Ш16Х15. Обмотка 1 содер жит 50 витков, 2 — 35 витков, 3 и 4 — по 150 витков. При намотке трансформатора Тр2 особое внимание следует обратить на качество изоляции обмоток 3 и 4 между собой и относительно остальных обмоток.

Транзисторы T1—-T3 могут быть МП37А, МП37Б. При этом в качестве диода Д9 следует применять кремниевый диод (например, серии Д220 или Д226). Транзистор Т4 может быть любой из серий П214—П217. Его устанавливают на радиатор, изготовленный из полоски меди размером 40X25X2,5 мм.

Тиристоры Д19 и Д20—Т160 (не ниже 6 кл.) устанавливаются на стандартные семиреберные радиаторы.

Устройство выполнено в виде переносной приставки к сварочному трансформатору. Ее размер — 280X250X200 мм. К питающей сети приставку подключают кабелем с унифицированным разъемом. Монтаж электронной части устройства выполнен на печатной плате из фольгированного гетинакса размером 214X82 мм (рис. 2).

На верхней панели устройства устанавливают переключатели В1 и В2, регулятор выдержки времени, индикаторные лампы и предохранитель Пр1. Для охлаждения тиристоров в верхней и нижней панелях корпуса имеются вентиляционные отверстия. На боковой поверхности корпуса установлен унифицированный разъем для подключения сварочного трансформатора и два зажима для соединения входа устройства со вторичной обмоткой сварочного трансформатора.

Налаживание. Тщательно проверив правильность монтажа, размыкают цепь коллектора транзистора Т4 (отсоединив один из выводов обмотки 1 трансформатора Тр2). Движок подстроенного резистора R3 устанавливают в левое по схеме положение. На вход подают переменное напряжение 70 В и измеряют напряжение на стабилитронах Д7 и Д8. Оно должно составлять примерно 1,5 В. Затем отключают напряжение 70 В и подают напряжение питания устройства (12 В).

Для определения напряжения срабатывания и отпускания триггера используют источник регулируемого напряжения постоянного тока (на рис. 3 показан утолщенными линиями). Плавно увеличивая выходное напряжение источника, контролируют падение напряжения на резисторе R13 и на части делителя. Напряжение срабатывания и отпускания триггера определяют по показанию прибора ИП1 в момент резкого изменения показания вольтметра ИП2. Напряжение отпускания триггера должно быть на 0,1—0,3 В больше напряжения стабилизации стабилитронов Д7, Д8. Напряжение отпускания должно быть меньше этой величины на 0,3— 0,5 В. Подстройка чувствительности входа триггера производится подбором резистора R9.

После подбора резистора R9 вспомогательные цепи исключают и на вход устройства подают регулируемое переменное напряжение 10—20 В (например, через ЛАТр) и проводят измерения в следующем порядке.

Рис. 3. Подключение дополнительных элементов при определении напряжения срабатывания и отпускания триггера Шмитта

При кратковременном замыкании выводов эмиттера и коллектора транзистора Т2 напряжение на резисторе R13 должно скачком установиться близким к нулю и сохраняться после размыканий выводов.

Постепенно снижая напряжение на входе устройства, определяют напряжение, при котором напряжение на резисторе R13 скачком возрастет и установится на уровне 1—1,2 В. Это напряжение (на входе устройства) находится в пределах 4—6 В.

Перемещая движок подстроечного резистора R3 вправо по схеме добиваются, чтобы транзистор Т1 полностью закрылся при напряжении на входе, равном 50 В. Затем уменьшают напряжение на входе устройства до нуля.

Подсоединяют цепь коллектора транзистора Т4 и подбором резистора R15 устанавливают такой ток базы транзистора Т4, чтобы амплитуда импульсов на выходных обмотках трансформатора блокинг-генератора была достаточна для надежного открывания тиристоров. Следует стремиться к использованию резистора R15 с возможно большим сопротивлением. Налаживание блокинг-генератора следует производить только при подключенных к выходным обмоткам блокинг-трансформатора управляющих переходов тиристоров или резисторов сопротивлением 150 Ом.

Проверку открывания тиристоров производят, предварительно отсоединив от них цепь напряжением 380 В. Для проверки используют простой пробник, состоящий из батареи напряжением 4,5 В и лампы накаливания (МН3,5Х0,28). При подаче управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров, включенных встречно, лампа пробника должна загораться при подсоединении к аноду и катоду любого из тиристоров выводов пробника любой полярности.

Для подбора емкостей конденсаторов С5 и С6 в разрыв первичной цепи сварочного трансформатора, переключатель токов которого установлен в положении «Малые токи», включают RC цепочку и измеряют напряжение на выводах разомкнутой вторичной обмотки сварочного трансформатора. При постоянном сопротивлении резистора R20 подбирают конденсатор такой емкости которая бы обеспечила получение на выводах разомкнутой вторичной обмотки сварочного трансформатора напряжения, на 10—20% превышающего напряжение, определенное ранее (4—6 В).

Источник

Ограничитель напряжения холостого хода

Без сварочных работ невозможно представить промышленное производство. Однако хотя технологии сварки используются давно, эксплуатация сварочного оборудования не всегда безопасна. Анализ несчастных случаев, произошедших во время выполнения электросварочных работ, свидетельствует о пренебрежении работниками элементарными требованиями по организации безопасных условий труда сварщика. Наибольшую потенциальную опасность представляет ручная дуговая сварка переменным током в условиях повышенной опасности без использования ограничителей напряжения холостого хода.

05.08.2000 г. на строительной площадке произошел несчастных случай с электросварщиком ООО «Жилье-Строй» В. Некрячем, который был смертельно поражен электрическим током при монтаже металлоконструкций.
01.08.2005 г. произошел несчастный случай с электросварщиком ОАО «Завод ЖБК имени С. Ковальской» А. Ковальчуком, который был смертельно поражен электрическим током при выполнении сварочных работ в металлическом сооружении перегрузочного узла конвейерной линии.
По результатам расследования основной причиной этих и других несчастных случаев стало использование в условиях повышенной опасности электросварочного трансформатора переменного тока без ограничителя напряжения холостого хода, соответствующих средств защиты и самодельного электрододержателя.
Рассмотрим требования действующего законодательства об охране труда по использованию ограничителя напряжения холостого хода для сварочных трансформаторов ручной дуговой сварки.
Базовые требования к ограничителю напряжения холостого хода сварочной установки устанавливаются ГОСТ 12.2.007.8—75, ГОСТ 12.3.003—86 и ДСТУ 2456-94. Согласно требованиям этих нормативных актов допустимая величина напряжения холостого хода источника для ручной дуговой сварки (при номинальном напряжении сети) не должна превышать: для источника переменного тока — 80 В, для источника постоянного тока — 100 В. Оборудование для ручной сварки с источником переменного тока должно обеспечиваться ограничителем напряжения холостого хода, который уменьшает это напряжение на выходных зажимах сварочной цепи до величины, которая не превышает 12 В, и не позднее, чем через 1 с после размыкания сварочной цепи (в источниках для автоматической дуговой сварки переменным током это время срабатывания не должно превышать 0,5 с). Ограничитель, выполненный в виде приставки к сварочному трансформатору, должен быть заземлен отдельным проводом. Время срабатывания ограничителя с подачей несниженного напряжения между электрододержателем и свариваемым изделием не должно превышать 0,06 с. При номинальном напряжении сети питания амплитудное значение снижаемого напряжения холостого хода не должно превышать 25 В. Кроме того, согласно п. 2.8 ГОСТ 12.3.003—86 работы в замкнутых и труднодоступных пространствах должны выполняться по наряду-допуску.
В действующем Реестре НПАОП есть ряд отраслевых нормативных документов, утвержденных еще во времена СССР, которыми определяются требования безопасности при выполнении сварочных работ на предприятиях: Минхиммаш — Правила по технике безопасности и производственной санитарии при электросварочных работах (НПАОП 28.52-1.04-86), отрасль машиностроения — Правила по технике безопасности и производственной санитарии при электросварочных работах (НПАОП 28.52-1.15-60), Минавиапром — Правила безопасности труда при электросварочных работах (НПАОП 28.52-1.26-89), Минтяжмаш — Правила по охране труда в сварочном производстве (НПАОП 28.52-1.30-89), Минсудпром — ОСТ 5.9823-80. «Работы электросварочные. Требования безопасности» (НПАОП 28.52-7.11-80; Миноборонпром — ОСТ 3-127019-86. «Работы электросварочные. Требования безопасности» (НПАОП 28.52-7.18-86); Минсельхозмаш — ОСТ 23.4.242-85. «Работы сварочные. Требования безопасности» (НПАОП 28.52-7.22-85); Минстанкопром — ОСТ 2.Н83-44-80. «Сварка дуговая и электрошлаковая. Требования безопасности» (НПАОП 28.52-7.28-80).
Требования безопасного ведения сварочных работ дублируют межотраслевые нормативные документы, где также установлены требования по использованию ограничителей напряжения холостого хода. Межотраслевые нормативные документы более доступны, поэтому ими пользуется большинство специалистов.
Требования п. 6.7.81 Правил безопасной эксплуатации электроустановок потребителей (НПАОП 40.1-1.21-98) и п. 8.2.33 Правил безопасной работы с инструментом и приспособлениями (НПАОП 0.00-1.30-01) аналогичны требованиям ГОСТ 12.3.003—86 и ДСТУ 2456-94.
Согласно п. 11.2.6 Правил безопасности при работах на кабельных линиях связи и проводового вещания (НПАОП 64.2-1.07-96) во время строительства и монтажа оборудования в усилительных пунктах (теплокамере, колодце) при проведении электросварочных работ установка для электросварки с источником переменного или постоянного тока должна быть оборудована приспособлениями автоматического отключения напряжения холостого хода или ограничения его до напряжения 12 В с задержкой во времени не более 0,5 с. Ограничитель должен быть обеспечен световой сигнализацией, которая сообщит о наличии опасного напряжения на выходе источника питания для дуговой сварки.
Согласно п. 4.41.6 Правил охраны труда для работников бетонных и железобетонных заводов (НПАОП 26.6-1.02-00) электросварочные установки, применяемые для сварки в особо опасных условиях (внутри металлических емкостей, в трубопроводах, колодцах и т. д.), а также предназначенные для работы в помещениях с повышенной опасностью и имеющие напряжение холостого хода более 12 В, должны быть оснащены приспособлениями автоматического отключения напряжения холостого хода или ограничения его до напряжения 12 В с выдержкой времени не более 0,5 с, причем ограничитель, выполненный в виде приставки, должен быть заземлен (занулен).
Согласно п. 5.3.15 Правил охраны труда в деревообрабатывающей промышленности (НПАОП 20.0-1.02-05) во время работы в особо опасных помещениях, колодцах, туннелях, резервуарах, цистернах и т. д. электросварочная установка должна иметь электрическую блокировку, обеспечивающую автоматическое включение сварочной цепи при касании электрода к свариваемому изделию и автоматическое выключение сварочной цепи на холостом ходу или снижение напряжения в сварочной цепи до 12 В.
Согласно п. 6.7.97 Правил охраны труда при строительстве и реконструкции объектов жилищно-коммунального хозяйства (НПАОП 9.0.00-1.04-90) оборудование для ручной дуговой сварки переменным током должно иметь ограничитель, снижающий напряжение холостого хода на выходных зажимах сварочной цепи до напряжения, которое не превышает 12 В, не позднее чем через 1 с после размыкания сварочной цепи.
Таким образом, требования межотраслевых нормативных документов, касающиеся использования ограничителей напряжения холостого хода для электросварочных установок неоднозначны по виду источника тока (переменного или постоянного), допустимому быстродействию срабатывания ограничителя (0,5 с или 1,0 с) и условий использования.
Анализируя нормативные документы по охране труда, можно сделать следующие выводы.
Наличие приспособления автоматического отключения напряжения холостого хода (в технической документации используется также понятие «блок снижения напряжения холостого хода») или ограничение его до безопасного напряжения (12 В) является обязательным требованием в электросварочных установках, которые используются в условиях повышенной опасности и особой опасности, к которым относятся работы внутри металлических емкостей (резервуарах, цистернах, контейнерах), отсеках судов, понтонах, трубопроводах, теплокамерах, подземных сооружениях (колодцах, туннелях), других замкнутых, труднодоступных пространствах и помещениях (сооружениях) с токопроводящим полом или пылью, на открытом воздухе. Ограничитель напряжения холостого хода может предусматриваться внутренней схемой сварочного трансформатора, а может быть выполнен в виде внешней приставки. Если ограничитель напряжения холостого хода предусмотрен схемой самого источника сварочного тока, то применять другое приспособление не нужно.
Ограничитель, выполненный в виде приставки к сварочному трансформатору, должен быть заземлен отдельным проводом и обеспечен световой сигнализацией, которая сообщит о наличии опасного напряжения на выходе источника питания дуговой сварки. Требования относительно быстродействия срабатывания ограничителя (после размыкания сварочной цепи) для дуговой сварки переменным током: для ручной сварки должно быть не менее 0,5 с, а для автоматической — 1,0 с. Переносной снижающий трансформатор, которым является ограничитель напряжения холостого хода, должен иметь на стороне высшего напряжения кабель со штепсельной вилкой для присоединения к электрической сети, длина которого не превышает 2 м (п. 5.2.7 НПАОП 0.00-1.30-01). Кроме того, длина первичной электрической цепи между пунктом питания и передвижной сварочной установкой не должна превышать 10 м, а длина провода от сварочного трансформатора до электрододержателя — 40 м (п. 6.7.105 НПАОП 9.0.00-1.04-90).
Работы в замкнутых и труднодоступных пространствах, как известно, должны выполняться по наряду-допуску под руководством ответственного лица, которое организовывает безопасное выполнение работ и обеспечивает наличие в зоне этих работ не менее трех человек, двое из которых являются наблюдателями. Сварочные работы внутри емкости и в подземном сооружении должны выполняться с использованием спасательного пояса и страховочного каната. Во время сварочных работ в условиях повышенной опасности и особой опасности сварщик должен использовать средства электрозащиты (диэлектрические рукавицы, боты, диэлектрический коврик), причем в условиях повышенной опасности является обязательным использование диэлектрических рукавиц, в условиях особой опасности — дополнительное использование диэлектрических бот, а при выполнении работ в положении лежа — диэлектрического коврика. Действующие нормативные документы предусматривают использование средств электрозащиты во время сварки в условиях повышенной опасности и особой опасности независимо от того, есть ли в наличии или отсутствует ограничитель напряжения холостого хода.
Согласно п. 6.7.98 НАОП 9.0.00-1.04-90 допускается выполнение сварочных работ без ограничителя напряжения холостого хода, но при наличии у наблюдателя коммутационного аппарата для отключения сварочной цепи в случае прекращения работы, смены электродов и в других необходимых случаях.
Сегодня во время электросварочных работ используются ограничители напряжения холостого хода, которые выполнены в виде внешних приставок к трансформаторам, перечень которых дан в таблице, где приведены данные о наиболее распространенных ограничителях (по данным общедоступных сайтов, по состоянию на 15.01.2007 г.). Некоторые ограничители (например, БСН-10У) могут уменьшать напряжение холостого хода до 6 В.
Таким образом, наиболее эффективным средством безопасности при эксплуатации оборудования для ручной сварки в условиях повышенной и особой опасности является конструктивное сочетание заводом-изготовителем источника сварочного тока и ограничителя напряжения холостого хода. В случае эксплуатации оборудования для ручной сварки в нестационарных условиях (преимущественно в условиях без повышенной опасности) целесообразно использование ограничителя напряжения холостого хода в виде внешней приставки. Большинство межотраслевых нормативно-правовых актов по охране труда допускает эксплуатацию оборудования для ручной сварки без ограничителя напряжения холостого хода в условиях без повышенной опасности, к которым можно отнести, например, оборудование стационарных цеховых сварочных постов.

Н. ФЕДОРЕНКО, главный государственный инспектор Киевской государственной инспекции по промышленной безопасности и охране труда
На снимках:
общий вид электросварочных трансформаторов
переменного и постоянного тока.

Источник