ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ


RU (11) 2063314 (13) C1

(51) 6 B23K9/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1996.07.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 93030289/08 
(22) Дата подачи заявки: 1993.05.28 
(45) Опубликовано: 1996.07.10 
(56) Аналоги изобретения: Авторское свидетельство СССР N 1687392, кл. B 23 К 9/00, 1988. 
(71) Имя заявителя: Институт сварки России 
(72) Имя изобретателя: Комарчев А.И.; Сахно Л.И.; Сахно О.И.; Смирнов В.В. 
(73) Имя патентообладателя: Институт сварки России 

(54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ 

Использование: изобретение относится к сварке металлов и может быть использовано в установках для дуговой сварки. Сущность изобретение: источник содержит однофазный трансформатор с трехстержневым магнитопроводом и двумя вторичными обмотками, каждая из которых состоит из двух последовательно и согласно соединенных секций и подключена к своему неуправляемому выпрямителю. Выходы обоих выпрямителей подключены параллельно нагрузке. Первичная обмотка и одна секция каждой вторичной обмотки расположены на среднем стержне, другие секции - на крайних стержнях. Один выпрямитель используется для зажигания дуги, другой - для обеспечения рабочего тока. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к сварке металлов и может быть использовано в установках для дуговой сварки.

Наиболее широкое распространение получили источники питания для дуговой сварки, содержащие трансформатор, один неуправляемый выпрямитель и сглаживающий дроссель /1,2/. Они просты и надежны в эксплуатации, однако имеют повышенную массу меди и стали и потребляют большую мощность из электрической сети. Для снижения массы меди и потребляемой мощности из сети сравнительно часто в таких установках используют импульсные стабилизаторы дуги или другие устройства, обеспечивающие повышенное напряжение на дуговом промежутке при зажигании дуги /3,4/. Недостатками этих источников являются низкая надежность, трудность ремонта, что связано с использованием в них электронных схем и сложных систем управления.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран источник питания для дуговой сварки, содержащий однофазный трансформатор с двумя вторичными обмотками и два выпрямителя, подключенных параллельно дуговому промежутку /5/. Напряжение холостого хода первой вторичной обмотки составляет 80В, второй вторичный 28 30В. Обмотки намотаны на один стержень магнитопровода, что обеспечивает жесткую внешнюю характеристику выпрямителя. Первая вторичная обмотка с подключенным к ней вспомогательным выпрямителем служит для возбуждения и устойчивого горения дуги, вторая вторичная обмотка и основной выпрямитель обеспечивают рабочий ток при сварке. Конденсатор, включенный последовательно с первой вторичной обмоткой, ограничивает ток этой обмотки и осуществляет фазовый сдвиг токов выпрямителей. Требуемое ограничение тока короткого замыкания обеспечивает электрическая схема и система управления ею. Недостатком этого источника является низкая надежность работы и повышенная сложность системы управления электронной схемы. Наличие конденсатора увеличивает массу выпрямителя.

В основу изобретения положена задача создать источник питания для дуговой сварки, обеспечивающий высокие сварочно-технологические свойства (устойчивое горение дуги, малое разбрызгивание металла) при низком уровне потребляемой из электрической сети мощности и высокой надежности работы. Источник должен иметь сниженные массогабаритные показатели.

Поставленная задача решается тем, что источник питания для дуговой сварки, содержащий первый и второй выпрямители, параллельно подключены к дуговому промежутку, однофазный трансформатор с магнитопроводом, на котором расположены первичная и первая и вторая вторичные обмотки, первая из которых электрически связана с первым выпрямителем, а вторая обмотка со вторым выпрямителем, согласно изобретению имеет трехстержневой магнитопровод трансформатора, каждая вторичная обмотка выполнена в виде двух последовательно и согласно соединенных секций, при этом первичная обмотка и первые секции вторичных обмоток расположены на среднем стержне магнитопровода, а вторые секции вторичных обмоток расположены на крайних стержнях магнитопровода, причем первый и второй выпрямители выполнены на основе неуправляемых вентилей.

Повышение надежности заявляемого источника обеспечивается использованием неуправляемых вентилей в выпрямителях, при этом подключенные параллельно нагрузке основной и вспомогательный вентили позволяют получить напряжение холостого хода источника 65 75В при низком уровне потребляемой из сети мощности. В отличие от прототипа в заявляемом источнике ограничение тока короткого замыкания осуществляется за счет падения напряжения на индуктивности рассеяния трансформатора. Для этого первичная и вторичные обмотки расположены на разных стержнях магнитопровода. Однако расположение витков вторичных обмоток основного и вспомогательного выпрямителей на одном стержне приводит к снижению основного магнитного потока в нем, что снижает рабочие токи выпрямителей и отрицательно сказывается на массогабаритных показателях.

С целью устранения электромагнитной связи вторичных обмоток трансформатора, приводящей к снижению рабочего тока, в заявленном решении предлагается выполнить магнитопровод трехстержневым, причем первичную обмотку расположить на среднем стержне, а вторичные обмотки следует выполнить двухсекционными из последовательно и согласно соединенных секций. При этом первые секции вторичных обмоток следует расположить на среднем стержне, где и первичная обмотка, а вторичные секции вторичных обмоток расположить на разных крайних стержнях магнитопровода. Количество витков секций на крайних стержнях определяет сопротивление в цепи переменного тока соответствующего выпрямителя, ограничивающее ток короткого замыкания источника. Сопротивления секций вторичных обмоток, расположенных на среднем стержне, пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлением секций на крайних стержнях. Эти секции используются только для получения требуемого напряжения холостого хода обмотки. Поскольку секции обмоток основного и вспомогательного выпрямителей расположены на разных крайних стержнях магнитопровода, отсутствует эффект снижения основного магнитного потока, охватываемого обмоткой одного из выпрямителей, вследствие прохождения тока в обмотке другого выпрямителя.

Следует отметить, что прохождение тока по обмотке вспомогательного выпрямителя приводит к увеличению части основного потока, ответвляющегося в крайний стержень, на котором расположена обмотка основного выпрямителя. В данном случае он играет роль магнитного шунта. Основной поток в этом стержне является максимальным при работе одного вспомогательного выпрямителя (в начале внешней характеристики источника при зажигании дуги) и уменьшается по мере нарастания тока в основном выпрямителе. Следовательно, напряжение холостого хода основного выпрямителя повышается при токах нагрузки (Iнагр.), не превышающих рабочий ток (Iраб.), и снижается при Iнагр.>Iраб..

Использование этого эффекта в заявленном решении позволило получить рабочую точку на внешней характеристике источника, содержащего неуправляемые вентили, при низком значении напряжения холостого хода основного выпрямителя с одновременным выполнением условия ограничения тока короткого замыкания, обеспечивающего малое разбрызгивание металла (Iк.з./Iраб.=1,35oC1,4 /6/).

Существенное расширение возможностей формирования требуемой внешней характеристики источника при минимальных массогабаритных показателях трансформатора обеспечивает выбор оптимального соотношения между площадями поперечных сечений крайних стержней магнитопровода, а также между количеством витков секций каждой вторичной обмотки, расположенных на среднем и крайнем стержнях.

В заявленном источнике выпрямительный ток не спадает до нуля в процессе горения дуги благодаря сдвигу фаз между токами основного и вспомогательного выпрямителей вследствие существенных индуктивностей рассеяния их обмоток. Это условие является основным для обеспечения устойчивого горения дуги в сварочном выпрямителе /7/.

Снижение массогабаритных показателей достигнуто за счет отсутствия в заявленном источнике конденсатора в цепи вспомогательного выпрямителя и блока управления тиристорами.

На фиг.1 представлена электрическая схема заявляемого источника питания; на фиг. 2 внешняя характеристика заявляемого источника, в том числе внешние характеристики основного и вспомогательного выпрямителей; на фиг. 3 - осциллограммы токов в заявленном источнике.

Заявленный источник питания содержит однофазный трансформатор 1 с магнитопроводом, имеющим три стержня: средний 2 и два крайних 3 и 4 соответственно. На среднем стержне 2 трансформатора 1 расположена первичная обмотка 5. Первая вторичная обмотка 6 разделена на секции, первая секция 7 расположена на среднем стержне 2, а вторая секция 8 на крайнем стержне 3 магнитопровода. Вторая вторичная обмотка 9 также состоит из двух секций, первая секция 10 расположена на среднем стержне 2, а вторая секция 11 на втором крайнем стержне 4 магнитопровода. Вторичная обмотка 8 соединена со вспомогательным выпрямителем 12, а вторичная обмотка 9 о основным выпрямителем 13.

Источник питания работает следующим образом. После включения первичной обмотки 5 на выходах выпрямителей 12 и 13 устанавливается постоянное напряжение, по величине близкое к напряжению холостого хода первой вторичной обмотки 6. Это напряжение запирает большую часть периода работы источника выпрямителя 13. Поэтому ток вспомогательного выпрямителя 12 значительно превышает ток основного выпрямителя 13.

Ток в дуговом промежутке 14 складывается из токов этих выпрямителей. Прохождение тока по секции 8 первой вторичной обмотки 6 приводит к увеличению основного магнитного потока в стержне 4, что в свою очередь увеличивает ток основного выпрямителя 13.

При увеличении тока в дуговом промежутке 14 снижается напряжение на выходе вспомогательного выпрямителя 12, поскольку возрастает падение на индуктивности рассеяния трансформатора 1. Время включения основного выпрямителя 13 увеличивается, а следовательно увеличивается значение тока этого выпрямителя. В рабочей точке основания часть тока обеспечивается основным выпрямителем.

При токах, превышающих рабочий, основной магнитный поток в стержне 4 снижается из-за значительного падения напряжения на индуктивности рассеяния секции 11. Снижение основного потока в стержнях 3 и 4 способствует получению крутопадающей внешней характеристики источника, что обеспечивает ограничение тока короткого замыкания.

На фиг. 2 показана внешняя характеристика 15 заявляемого источника, а также внешние характеристики 16 и 17 основного и вспомогательного выпрямителей. Напряжение холостого хода вспомогательного выпрямителя составляет (для примера) 70В, основного 36В. Из приведенных зависимостей видно, что в рабочей точке (Vдуги 25В, Iраб. 125А) основную часть тока нагрузки (100А) дает основной выпрямитель 13. Обмотка 9 включается при напряжениях, превышающих 36В, что объясняется как сдвигом фаз токов основного и вспомогательного выпрямителей 13 и 12, так и увеличением напряжения холостого хода этой обмотки за счет увеличения основного магнитного потока в стержней 4 при работе вспомогательного выпрямителя 12.

На фиг. 3 даны зависимости от времени тока 18 в дуговом промежутке, тока 19 основного выпрямителя и тока 20 вспомогательного выпрямителя.

Они показывают, что в заявленном источнике достигнут фазовый сдвиг между токами основного и вспомогательного выпрямителей, потому ток дуги не спадает до нуля и дуга горит устойчиво.

Таким образом, трансформатор с трехстержневым магнитопроводом, на котором определенным образом размещены вторичные обмотки, подключенные к двум параллельно соединенным выпрямителям, в заявленном источнике проявил следующие свойства:

повышение напряжения холостого хода одной из вторичных обмоток при протекании тока по другой;

обеспечение сдвига фаз токов основного и вспомогательного выпрямителей.

Эффективность заявляемого изобретения подтверждается следующим примером. На базе серийно выпускаемого бытового сварочного выпрямителя ВД-861 /8/ - аналог авторами разработан макет источника питания для ручной дуговой сварки, содержащий два параллельно соединенных неуправляемых выпрямителя, один из которых обеспечивает зажигание дуги, а другой рабочий ток. Трансформатор имеет магнитопровод с тремя стержнями. Напряжение холостого хода источника составляет 70В, отношение тока короткого замыкания к рабочему току не превышает 1,4. Испытания источника показали его высокие сварочно-технологические свойства легкость зажигания и устойчивость горения дуги, малое разбрызгивание металла, высокую эластичность дуги. Достигнут низкий уровень потребления мощности из сети, например, при рабочем токе 125А сетевой ток не превышает 27А.

По сравнению с прототипом заявленный источник имеет следующие преимущества:

повышение надежности работы;

снижение массогабаритных показателей установки. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Источник питания для дуговой сварки, содержащий первый и второй выпрямители, параллельно подключенные к дуговому промежутку, и однофазный трансформатор с магнитопроводом, на котором расположены первичная и первая и вторая вторичные обмотки, первая из которых электрически связана с первым выпрямителем, а вторая вторичная обмотка с вторым выпрямителем, причем первый и второй выпрямители выполнены на основе неуправляемых вентилей, отличающийся тем, что магнитопровод трансформатора выполнен трехстержневым, каждая вторичная обмотка выполнена в виде двух последовательно и согласно соединенных секций, при этом первичная обмотка и первые секции вторичных обмоток расположены на среднем стержне магнитопровода, а вторые секции вторичных обмоток расположены на крайних стержнях магнитопровода.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru