Источник питания для дуговой сварки и резки

 

Использование: источник питания предназначен для дуговой сварки и резки. Сущность изобретения: источник питания содержит трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками. Первичная обмотка подключена к источнику переменного напряжения, вторичные обмотки - к входам мостового выпрямителя. 3 ил.

Изобретение относится к источникам питания аппаратов для дуговой сварки и резки, использующим однофазные трансформаторы с магнитным рассеянием, и может найти применение в аппаратах для ручной и механизированной сварки и резки.

Изобретение направлено на создание экономического источника питания, в котором при малых массогабаритных параметрах обеспечивается формирование внешней (выходной) характеристики, оптимальной для конкретной нагрузки (электрода), при этом допускается независимое регулирование тока дуги и тока короткого замыкания, что необходимо для удобства эксплуатации аппарата, в частности, для предотвращения "залипания" электрода в начальный момент сварки/резки.

Известен источник питания, содержащий трансформатор с магнитным рассеянием (Прох Л. Ц. Шпаков Б.М. и др. Справочник по сварочному оборудованию. Киев: Техника, 1983, с.11). Трансформатор имеет первичную обмотку и две последовательно соединенные вторичные обмотки, одна из которых является обмоткой с сильной магнитной связью, а другая обмоткой со слабой магнитной связью. Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения, а вторичные к клеммам нагрузки. Каждая из вторичных обмоток может быть выполнена состоящей из нескольких секций, согласованно переключаемых для изменения тока дуги при изменении нагрузки. Однако каждая из формируемых в этом источнике внешних характеристик сильно отличается от оптимальной (линейной зависимости), имеет такую большую крутизну, что ток дуги почти равен току короткого замыкания, создавая неудобства при эксплуатации аппарата.

Известен источник питания (РСТ N 89/04541, кл. Н 01 F 31/06), содержащий трансформатор с двумя первичными и двумя вторичными обмотками, у которых первичные обмотки соединены последовательно, а вторичные параллельно. Одна первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения, другая соединена с первым управляемым ключом; одна вторичная обмотка подключена к клеммам нагрузки, а другая соединена последовательно со вторым управляемым ключом. Управляемые ключи подключены к блоку управления.

Известен также источник питания (авт.св. N 1699737, кл. В 23 К 9/067, 1991), обладающий улучшенными массогабаритными параметрами и уменьшенной величиной потребляемого тока источника переменного напряжения. Этот источник питания также содержит трансформатор с магнитным рассеянием, который имеет подключенную к источнику переменного напряжения первичную обмотку и вторичную обмотку, которая состоит из двух последовательно соединенных вторичных обмоток, одна из которых является обмоткой с сильной магнитной связью, а другая обмоткой со слабой магнитной связью. Источник содержит также мостовой выпрямитель и два блока конденсаторов. Цепочка последовательно соединенных вторичных обмоток подключена к входам мостового выпрямителя, выход которого соединен с нагрузкой; первые выводы блоков конденсаторов подключены соответственно к положительному и отрицательному выходам выпрямителя, а второй вывод одного блока конденсаторов через вторичную обмотку подключен к второму выводу другого блока конденсаторов.

Формируемая этим источником питания внешняя характеристика отличается от внешних характеристик приведенных источников питания из-за наличия в ней конденсаторов. Однако из-за того, что конденсаторы в рабочем режиме вносят изменения в общий ток схемы на величину значительно меньшую рабочего тока, вид внешней характеристики этого источника питания в режиме рабочих токов незначительно отличается от вида характеристик приведенных источников питания. В принципе возможно усиление влияния конденсаторов и изменение внешней характеристики путем увеличения емкости блоков конденсаторов, на практике же это не приемлемо из-за снижения надежности, связанной с использованием таких конденсаторов, к тому же при этом сильно возрастает стоимость источника питания и улучшаются массогабаритные параметры.

Изобретением решается задача формирования внешней характеристики, имеющей вид, близкий к линейной зависимости тока от напряжения, путем особого подключения к нагрузке вторичных обмоток.

Положенный в основу изобретения принцип может быть реализован в двух вариантах источника питания.

В первом варианте источника питания это достигается тем, что в источнике питания, содержащем трансформатор с магнитным рассеянием с первичной обмоткой, подключенной к источнику переменного напряжения, и вторичной обмоткой, подключенной к входам мостового выпрямителя, выходы которого соединены с нагрузкой, в соответствии с изобретением в него введен дополнительный мостовой выпрямитель, а трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой с сильной магнитной связью, при этом двигательная вторичная обмотка с сильной магнитной связью подключена к входам дополнительного мостового выпрямителя, выходы которого соединены с соответствующими однополярными выходами основного мостового выпрямителя.

В другом варианте источника питания, содержащем трансформатор с магнитным рассеянием с первичной обмоткой, подключенной к источнику переменного напряжения, и двумя последовательно соединенными вторичными обмотками, одна из которых является обмоткой с сильной магнитной связью, а также мостовой выпрямитель, входы которого подключены к цепочке последовательно соединенных вторичных обмоток, а выходы подключены к нагрузке, в соответствии с изобретением в него введены два последовательно соединенных диода, включенных параллельно выходам мостового выпрямителя, при этом между точкой соединения диодов и одним из входов мостового выпрямителя включена часть вторичной обмотки с сильной магнитной связью.

Сущность изобретения основывается на том, что в заявленных источниках питания коэффициент трансформации равен K α +b , где n₁ число витков первичной обмотки трансформатора; n₂ число витков вторичной обмотки трансформатора, подключенных к входам основного мостового выпрямителя; n₃ число витков дополнительной вторичной обмотки с сильной связью в первом варианте источника питания или число витков обмотки с сильной связью, включенных между точкой соединения диодов и одним из входов мостового выпрямителя во втором варианте источника питания. Коэффициенты α и β являются числами, в сумме равными единице (α+ β= 1), поэтому при достаточно больших β, соответствующих, как правило, рабочим напряжениям на выходе источника питания, поступающий в нагрузку ток увеличивается так, что внешняя характеристика имеет вид, спадающий по закону, близкому к линейному. Такая внешняя характеристика определяет оптимальное соотношение между рабочим током и током короткого замыкания.

Источники питания имеют низкие массогабаритные показатели, поскольку помимо трансформатора содержат только диоды, а низкий коэффициент трансформации приводит к малому потреблению тока источника переменного напряжения, что повышает экономичность источника питания.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты источников питания; на фиг. 3 внешние характеристики, формируемые этими источниками питания.

Источник питания (фиг. 1) содержит однофазный трансформатор с магнитным рассеянием, имеющий первичную обмотку 1 с числом витков n₁, две последовательно соединенные вторичные обмотки 2 и 3 с суммарным числом витков n₂ и вторичную обмотку 4. Обмотки 2 и 4 являются обмотками с сильной магнитной связью, обмотка 3 обмоткой со слабой магнитной связью. Обмотка 1 подключена к источнику 5 переменного напряжения, в частности к сети электроснабжения, цепочка последовательно соединенных обмоток 2 и 3 подключена к входам мостового выпрямителя 6, а обмотка 4 к мостовому выпрямителю 7. Однополярные выходы мостовых выпрямителей 6 и 7 соединены и подключены к клеммам 8 нагрузки.

Для обеспечения оптимального режима работы при изменении нагрузки обмотки 2 и 3 целесообразно выполнять секционированными и согласованно подключать их к мостовому выпрямителю с помощью переключателя 9. Обмотку 4 для этих же целей также целесообразно выполнить с возможностью изменения числа витков, включаемых в схему источника питания.

Другой вариант источника питания (фиг. 2) предусматривает вместо обмотки 4 с сильной магнитной связью использование частично или полностью обмотки 2 и введение вместо мостового выпрямителя 7 двух последовательно соединенных диодов 11 и 12. При этом часть 10 витков обмотки 2, предназначенных для решения поставленной задачи, включена между одним из входов мостового выпрямителя 6 и точкой соединения диодов 11 и 12, а цепочка последовательно соединенных диодов 11 и 12 подключается к выходам мостового выпрямителя 6.

Формирование внешней характеристики трансформатора поясняется на примере источника питания, изображенного на фиг. 1.

В этом случае, когда обмотка 4 не включена в схему источника питания, коэффициент трансформации равен K_Т= и ток нагрузки определяется выходным напряжением выпрямительного моста 6, а внешняя характеристика имеет большую крутизну на спадающем участке (кривые 13 и 14 на фиг. 3).

При включении обмотки 4 поступающий в нагрузку ток определяется токами, протекающими через мостовые выпрямителя 6 и 7, при этом коэффициент трансформации меняется и становится равным K αΚ_o+β где n₃ число витков обмотки 4, включенных в схему источника питания. α β , I₁- ток обмоток 2 и 3; I₂ ток обмотки 4. Коэффициенты α и β, равные в сумме единице (α+ β= 1), имеют разные значения при разных напряжениях на клеммах нагрузки: β близок к нулю при больших напряжениях и увеличивается при снижении напряжения, достигая максимальной величины при U 0, что соответствует току короткого замыкания. Наличие тока I₂ приводит к снижению коэффициента трансформации (К<K<SUB>o

Ток дуги и ток короткого замыкания на внешней характеристике определяются числом n₃ витков 4, включенных в схему источника питания: чем меньше n₃ (кривая 14 на фиг. 3), тем при более низких напряжениях обмотка 4 дает вклад в суммарный ток источника питания, и, соответственно, чем больше число n₃, тем при больших напряжениях происходит увеличение тока (кривая 15 на фиг. 3). Это позволяет осуществлять независимое регулирование тока дуги и тока короткого замыкания.

Выбор оптимальной для конкретной нагрузки внешней характеристики осуществляется как соответствующим подбором числа витков обмоток 2 и 3 с помощью переключателя 9, так и подбором витков обмотки 4.

Источник питания, изображенный на фиг. 2, работает аналогично; коэффициент трансформации в нем определяется числом витков обмотки 2, включенных между точкой соединения диодов 11 и 12 и одним из выходов мостового выпрямителя 6. Диоды 11, 12 и выпрямитель 6 в источнике питания, изображенном на фиг. 2, позволяют исключить влияние друг на друга вторичных обмоток 2 и 3 в режиме холостого хода и малых токов. Ту же функцию выполняют выпрямительные мосты 6 и 7 в источнике питания, изображенном на фиг. 1.

Таким образом источник питания имеет близкую к линейной внешнюю характеристику, что является оптимальным для источников питания для дуговой сварки и резки.

Принцип получения внешней характеристики позволяет осуществлять независимое регулирование тока дуги и тока короткого замыкания. Источник имеет простую схему, экономичен, по сравнению с известными источниками обладает улучшенными массогабаритными параметрами.

Формула изобретения

Источник питания для дуговой сварки и резки, содержащий трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, мостовой выпрямитель и два последовательно соединенных диода, включенных параллельно выходам мостового выпрямителя, отличающийся тем, что вторичные обмотки трансформатора соединены последовательно и подключены к входам мостового выпрямителя, а между точкой соединения диодов и одним из входов мостового выпрямителя включена часть вторичной обмотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3