ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2032506

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ

Имя изобретателя: Гуков С.В., Гуков Д.В.
Имя патентообладателя: Гуков Дмитрий Васильевич
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 25.02.1991

Использование: изобретение относится к сварке. Сущность изобретения: устройство для сварки состоит из сварочного трансформатора, антипараллельных тиристоров в цепи его первичной обмотки и схемы управления тиристорами. Сечение магнитопровода и число витков первичной обмотки сварочного трансформатора рассчитаны на часть сетевого напряжения, равную геометрической разности векторов напряжения - сетевому напряжению минус полуразницу сетевого напряжения и приведенного к числу витков первичной обмотки напряжения на дуговом промежутке. Параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора подключен дополнительный конденсатор, обеспечивающий устройству импульсный режим холостого хода.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к сварке.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для сварки, состоящее из сварочного трансформатора, сечение магнитопровода и число витков первичной обмотки которого рассчитаны на полное сетевое напряжение, антипараллельных тиристоров в цепи первичной обмотки сварочного трансформатора и схемы управления тиристорами.

Недостатки устройства: повышенная масса и стоимость; большие потери при работе в режиме холостого хода.

Высокие масса и стоимость устройства обусловлены тем, что сечение магнитопровода сварочного трансформатора и число витков его первичной обмотки рассчитаны на полное сетевое напряжение. Потери холостого хода велики, так как к сварочному трансформатору подводится напряжение, близкое к полному напряжению питающей сети.

Целью изобретения является снижение массы и стоимости устройства для сварки за счет уменьшения сечения магнитопровода сварочного трансформатора, сокращение потерь холостого хода путем снижения напряжения, подводимого к сварочному трансформатору в режиме холостого хода.

Указанная цель достигается тем, что устройство для сварки состоит из сварочного трансформатора, сечение магнитопровода и число витков первичной обмотки которого рассчитаны на часть сетевого напряжения, равную геометрической разнице векторов напряжения сетевому напряжению минус полуразницу сетевого напряжения и приведенного к числу витков первичной обмотки напряжения на дуговом промежутке, антипараллельных тиристоров в цепи первичной обмотки сварочного трансформатора, схемы управления тиристорами и дополнительного конденсатора, включенного параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора.

При работе заявляемого устройства под нагрузкой (с зажженной дугой) не все сетевое напряжение используется для создания основного магнитного потока. Часть сетевого напряжения уравновешивается падением напряжения на индуктивности первичной обмотки сварочного трансформатора. Поэтому при равном числе витков обмоток сечение магнитопровода сварочного трансформатора у заявляемого устройства меньше, чем у прототипа, так как оно рассчитано лишь на часть сетевого напряжения. Благодаря этому заявляемое устройство имеет меньшие, чем у прототипа, массу и стоимость.

Сечение магнитопровода и число витков первичной обмотки сварочного трансформатора должны быть рассчитаны на наиболее тяжелый для сварочного трансформатора режим сварки при полностью открытых тиристорах. В этом случае падение напряжения на индуктивности первичной обмотки сварочного трансформатора равно половине геометрической разницы векторов сетевого напряжения и приведенного к числу витков первичной обмотки напряжения на дуговом промежутке. Половине так как общее падение напряжения на индуктивности сварочного трансформатора делится поровну между обмотками, приведенными к числу витков первичной обмотки. Необходимость рассматривать напряжения на дуговом промежутке носит активный характер, а падение напряжения на индуктивности рассеяния магнитного потока сварочного трансформатора индуктивный. Таким образом, сечение магнитопровода и число витков первичной обмотки сварочного трансформатора рассчитаны на часть сетевого напряжения, равную геометрической разнице векторов напряжения сетевому напряжению минус полуразницу сетевого напряжения и приведенного к числу витков первичной обмотки напряжения на дуговом промежутке.

В режиме холостого хода, несмотря на уменьшенное по сравнению с прототипом сечение магнитопровода сварочного трансформатора, магнитопровод не насыщается, благодаря введению в заявляемое устройство дополнительного конденсатора, подключенного параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора. После открытия тиристоров происходит заряд дополнительного конденсатора. За счет индуктивности рассеяния магнитного потока сварочного трансформатора напряжение на конденсаторе, приведенное к числу витков первичной обмотки, кратковременно превышает сетевое напряжение. (Как известно, при включении L-C-цепи под напряжение напряжение на емкости может кратковременно достигать двойного мгновенного значения сетевого напряжения). В этот промежуток времени к тиристорам будет приложено отрицательное напряжение и они запрутся. Выходное напряжение устройства для сварки в режиме холостого хода благодаря этому будет иметь вид кратковременных разнополярных импульсов по одному в полупериод сетевого напряжения.

Указанный режим холостого хода заявляемого устройства позволит, во-первых, исключить насыщение магнитопровода, несмотря на то, что сечение магнитопровода рассчитано только на часть сетевого напряжения и, во-вторых, снизить потери холостого хода за счет снижения напряжения, подводимого к сварочному трансформатору.

электрическая схема устройства для сварки

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 схема замещения сварочного трансформатора, приведенная к числу витков первичной обмотки, при работе под нагрузкой (на схеме показаны напряжения и токи, выраженные в векторной форме: напряжение питающей сети; напряжение на дуговом промежутке, приведенное к числу витков первичной обмотки; ток нагрузки); на фиг. 3 векторная диаграмма работы сварочного трансформатора под нагрузкой; на фиг. 4 кривые напряжения питающей Uсети (wt) и напряжения на дуговом промежутке U 'д.хх ( wt), приведенного к числу витков первичной обмотки, в режиме холостого хода. Устройство для сварки состоит из сварочного трансформатора 1, сечение магнитопровода и число витков первичной обмотки которого рассчитаны на часть сетевого напряжения, равную геометрической разнице напряжений сетевому напряжению минус полуразницу сетевого напряжения и приведенного к числу витков первичной обмотки напряжения на дуговом промежутке, антипараллельных тиристоров 2, включенных в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора, схемы 3 управления тиристорами и дополнительного конденсатора 4, подключенного параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора.

Работу устройства под нагрузкой удобно рассмотреть по схеме замещения сварочного трансформатора, приведенной к числу витков первичной обмотки, работающего под нагрузкой (фиг. 2). На схеме замещения приведены падения напряжения на элементах схемы, выраженные в векторной форме. Видно, что напряжение питающей сети делится дуговое напряжение , приведенное к числу витков первичной обмотки, падение напряжения на индуктивности первичной обмотки и падение напряжения на индуктивности вторичной обмотки приведенное к числу витков первичной обмотки. При этом на создание основного магнитного потока (паралельная ветвь схемы замещения) используется на все напряжения сети , а только часть его, без падения напряжения на индуктивности рассеяния магнитного потока первичной обмотки сварочного трансформатора, т.е. . Следовательно, сечение магнитопровода при работе под нагрузкой может быть меньшим, чем у прототипа, рассчитанным не на сетевое напряжение, а на его часть. Сечение и количество витков обмоток трансформатора при этом такие же, как у прототипа.

По фиг. 2 рассмотрен наиболее тяжелый режим работы трансформатора при полном открытии тиристоров в цепи его первичной обмотки.

Меньшим углам проводимости тиристоров соответствует более легкий режим работы трансформатора и его магнитопровод не насытится.

На фиг. 3 изображена векторная диаграмма напряжений по фиг. 2. Необходимость представления напряжений в векторной форме обусловлена тем, что падение напряжения на дуговом промежутке совпадает по фазе с током , а падение напряжения на индуктивности сварочного трансформатора опережает по фазе ток на p/2.

схема замещения сварочного трансформатора, приведенная к числу витков первичной обмотки, при работе под нагрузкой (на схеме показаны напряжения и токи, выраженные в векторной форме
векторная диаграмма напряжений

При переходе в режим холостого хода и подаче на первичную обмотку всего сетевого напряжения магнитопровод, рассчитанный лишь на часть сетевого напряжения, должен насытиться и привести устройство в неработоспособное состояние. Во избежание этого при переходе в режим холостого хода необходимо с высоким быстродействием уменьшить напряжение, подаваемое на первичную обмотку сварочного трансформатора. Это обеспечивается введением в устройство дополнительного конденсатора 4 фиг. 1.

Работу устройства в режиме холостого хода иллюстрирует фиг. 4. Там приведены кривые сетевого напряжения Ucети (wt) и напряжения на дуговом промежутке U 'д.хх ( wt), приведенного к числу витков первичной обмотки, в режиме холостого хода. При открытии тиристоров 2 фиг. 1 происходит заряд дополнительного конденсатора 4 фиг. 1. Напряжение на конденсаторе, приведенное к числу витков первичной обмотки и равное напряжению на дуговом промежутке Uд.хх ( wt) фиг. 4, кратковременно превысит мгновенное значение сетевого напряжения Uсети ( wt). Промежуток времени, в течение которого U'д.хх>Uсети на фиг. 4 обозначен a Емкость дополнительного конденсатора 4 фиг. 1 подобрана таким образом, чтобы a превышало время, необходимое для запирания тиристоров. За время a пока к тиристорам приложено отрицательное напряжение, произойдет запирание тиристоров. После этого напряжение на дополнительном конденсаторе 4 фиг. 1 разряжается через вторичную обмотку сварочного трансформатора. Напряжение на выходе устройства имеет вид кривой Uд.хх ( wt) на фиг. 4. Это кратковременные разнополярные импульсы по одному в полупериод сетевого напряжения. Форма напряжения, подаваемого на первичную обмотку сварочного трансформатора, близка к форме выходного напряжения Uд.хх (wt), т.е. напряжение, подаваемое на сварочный трансформатор, существенно уменьшилось. Это исключает насыщение магнитопровода и снижает потери холостого хода.

После зажигания дуги напряжение на дополнительном конденсаторе 4 фиг. 1, равное U'д.хх, резко уменьшается и запирания тиристоров не происходит. Устройство переходит в режим сварки. Если зажигания не произошло, тиристоры будут заперты в течение промежутка времени a Разрыв уже горящей дуги также приведет к быстрому запиранию тиристоров и предотвращению насыщения магнитопровода сварочного трансформатора.

В качестве трансформатора 1 (фиг. 1) использовался трансформатор ТМД 401, сечение магнитопровода которого было уменьшено с 64 до 38,4 см2, т.е. на 40% Антипараллельные тиристоры 2 (фиг. 1) имели марку Т 142-80. В качестве схемы управления тиристорами 3 (фиг. 1) применялась известная схема. Дополнительный конденсатор 4 (фиг. 1) типа МБГЧ-1 4 мкФ 500 В.

При напряжении холостого хода 80 В и напряжении на дуговом промежутке 30 В сечение магнитопровода сварочного трансформатора в заявляемом устройстве меньше, чем у прототипа на

Благодаря этому заявляемое устройство легче и дешевле прототипа.

Потери холостого хода составляют 5-15 Вт, вместо 60-130 Вт у прототипа.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ, содержащее сварочный трансформатор, встречно-параллельные тиристоры в цепи его первичной обмотки и схему управления тиристорами, отличающееся тем, что, с целью снижения массы и стоимости устройства за счет уменьшения сечения магнитопровода сварочного трансформатора, сокращения потерь холостого хода путем снижения напряжения, подводимого к сварочному трансформатору в режиме холостого хода, оно снабжено конденсатором, подключенным параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора.

Версия для печати


вверх