Однофазный сварочный выпрямитель

 

Использование: выпрямитель предназначен для ручной дуговой сварки, а также для стартерного запуска двигателей автомобилей и заряда аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: вторичная обмотка трансформатора выпрямителя имеет вывод наибольшего сварочного тока, который соединен с анодом одного и катодом второго тиристоров выпрямителя, и вывод наименьшего сварочного тока, к которому присоединены по одному выводу каждой из двух частей обмотки сглаживающего реактора. Вывод наименьшего тока выполнен на напряжение зажигания дуги, вывод наибольшего тока выполнен на напряжение, которое больше рабочего напряжения дуги, но меньше напряжения вывода наименьшего тока. Второй вывод одной части обмотки реактора присоединен к аноду одного силового вентиля выпрямителя, а второй вывод второй части обмотки реактора - к катоду второго силового вентиля. Анод одного диода и катод второго диода выпрямителя соединены с третьим выводом вторичной обмотки трансформатора. Положительный вывод выпрямителя образован соединенными вместе катодами одного тиристора, одного силового вентиля и одного диода, отрицательный вывод выпрямителя образован соединенными вместе анодами вторых тиристора, силового вентиля и диода. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к однофазным выпрямителям для ручной дуговой сварки плавящимися электродами, а также для стартерного запуска двигателей автомобилей и заряда аккумуляторных батарей.

Известен однофазный выпрямитель для электродуговой сварки, содержащий трансформатор с включенными на его выходе основным тиристорным и дополнительным диодным блоками, дроссель и балластный резистор. Трансформатор имеет основную и дополнительную обмотки. Дополнительный выпрямительный блок присоединен к выводам дополнительной обмотки, являющимися выводом большего напряжения и наименьшего сварочного тока, который обеспечивается с помощью включенных в цепь этого блока балластного резистора и реактора (дросселя). Основной тиристорный блок присоединен к выводам основной обмотки, являющимися выводами меньшего напряжения и наибольшего сварочного тока. Дополнительный выпрямительный блок обеспечивает возбуждение дуги и ее горение при наименьшем сварочном токе. Изменение угла отпирания тиристоров обеспечивает регулирование тока сварки.

Описанный выпрямитель выполнен по нулевой схеме, которая имеет недостатки: как известно, при одинаковой мощности нагрузки трансформатор, выполненный для нулевой схемы выпрямления, в сравнении с трансформатором для мостовой схемы, имеет большую мощность, следовательно массу и размеры, а также имеет более сложную конструкцию.

Известен однофазный сварочный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, содержащий трансформатор, сглаживающий реактор, четыре тиристора и два диода. Анод первого и катод второго тиристоров соединены с выводом большего напряжения, являющимися выводом наибольшего сварочного тока, анод третьего и катод четвертого тиристоров соединены с выводом меньшего напряжения, являющимися выводом наименьшего сварочного тока. Анод первого и катод второго диодов соединены с концом обмотки трансформатора, аноды первого и третьего тиристоров и первого диода присоединены к одному выводу сглаживающего реактора, другой вывод реактора является положительным выводом выпрямителя. Катоды второго, четвертого тиристоров и второго диода образуют отрицательный вывод выпрямителя.

Этот выпрямитель обеспечивает: плавное регулирование сварочного тока от наименьшего до наибольшего значения за счет применения тиристоров; хорошее качество сварки благодаря применению реактора; стартерный запуск двигателя автомобиля и заряд аккумуляторных батарей.

Однако при токах сварки 120-160 А выпрямитель перегружает бытовую электросеть, что приводит к необходимости применять специальные меры защиты; тиристоры цепей наименьшего и наибольшего тока загружены неравномерно, что снижает ресурс выпрямителя.

Целью изобретения является снижение потребления тока из сети и повышение ресурса выпрямителя за счет выравнивания загрузки тиристоров.

Задача решается применительно к однофазному сварочному выпрямителю, вторичная обмотка трансформатора которого имеет вывод наибольшего сварочного тока и вывод наименьшего сварочного тока, выполненный на напряжение зажигания дуги, а также содержащему сглаживающий реактор, два тиристора, два диода и два силовых вентиля. При этом анод первого и катод второго тиристоров присоединены к выводу наибольшего тока, а анод первого и катод второго диодов к третьему выводу трансформатора; отрицательный вывод выпрямителя образован соединенными анодами второго тиристора, второго диода и второго силового вентиля.

Для достижения указанной цели предложено в рассматриваемом выпрямителе выполнить обмотку реактора из двух частей, один вывод каждой из которых присоединить к выводу наименьшего тока, второй вывод первой части к аноду первого силового вентиля, и второй вывод второй части к катоду второго силового вентиля.

Кроме того, вывод наименьшего тока должен быть выполнен на напряжение, величина которого больше рабочего напряжения дуги, но меньше напряжения зажигания дуги, т. е. напряжения, на которое выполнен вывод наименьшего сварочного тока. Положительный вывод выпрямителя образует объединенные катоды первых тиристора, силового вентиля и диода.

Если выпрямитель предназначен только для сварки, то в качестве силовых вентилей применяются диоды. Если же выпрямитель предназначается не только для сварки, но и для заряда аккумуляторной батареи и стартерного запуска двигателя автомобиля, то в качестве силовых вентилей должны быть применены тиристоры (которые дороже, чем диоды).

На фиг. 1 представлена электрическая схема однофазного выпрямителя, предназначенного для сварки; на фиг. 2 характеристика выпрямителя.

Выпрямитель содержит трансформатор 1, выводы 2 которого служат для подключения источника питания, а выводы 3 и 4 являются соответственно выводом наименьшего сварочного тока и выводом наибольшего сварочного тока. Вывод 5 трансформатора третий вывод вторичной обмотки.

Сглаживающий реактор 6 состоит из двух частей 7 и 8. Выпрямитель содержит также два тиристора 9 и 10 и четыре диода 11-14. Выпрямитель имеет выводы: положительный 15 и отрицательный 16.

Характеристика дуги (фиг. 2) представлена кривой 17.

Вторичная обмотка с выводами 3 и 5 имеет характеристику 18 и выполнена так, что величина напряжения холостого хода обеспечивает зажигание дуги, а крутизна характеристики 18 определяет наименьший сварочный ток точка 19.

Вторичная обмотка с выводами 4 и 5 имеет характеристику 20 и выполнена так, что напряжение холостого хода больше напряжения дуги, но меньше напряжения холостого хода обмотки с выводами 3 и 5.

Сварочная характеристика 21 выпрямителя формируется из характеристик обмоток наименьшего 18 и наибольшего 20 тока. Поэтому реактанс обмотки наибольшего тока (выводы 4, 5) определяют по величине максимального сварочного тока точка 22 и максимального тока короткого замыкания 23.

На холостом ходу выпрямителя, т.е. при разомкнутых выводах 15 и 16, напряжение на выводе 3 трансформатора превышает напряжение на выводе 4, при этом тиристоры 9, 10 находятся под обратным напряжением, что препятствует их открыванию. Вентили 11-14 находятся в рабочем состоянии, и на выводах 15, 16 имеет место напряжение обмотки с выводами 3, 5, величина которого выбрана из условия зажигания дуги.

После зажигания дуги напряжение на выводах 15 и 16 снижается до уровня напряжения дуги точка 19.

Напряжение на выводе 3 становится ниже напряжения на выводе 4.

Один из тиристоров 9 или 10 в зависимости от полярности полуволны напряжения оказывается под прямым напряжением, и возникают условия для его открывания импульсом управления.

С момента открывания тиристора сварочный ток увеличивается рабочая точка перемещается из точки 19 в точку 22. Ток дуги протекает по двум параллельным ветвям: первая ветвь содержит вывод 3, часть 7 (или 8) реактора 6, вентиль 11 (или 12), вывод 15, цепь дуги, вывод 16, диод 14 (или 13), вывод 5; вторая цепь вывод 4, тиристор 9 (или 10), вывод 15, цепь дуги, вывод 16, диод 14 (или 13), вывод 5.

На фиг. 2 показано это деление тока дуги: точка 24 показывает величину тока первой ветви, точка 25 второй ветви.

Изменение угла открывания тиристоров 9 и 10 позволяет получить семейство сварочных характеристик в диапазоне от наименьшего 19 до максимального 22 тока.

При необходимости расширения функциональных возможностей выпрямителя, например, для стартерного запуска двигателей автомобиля, заряда аккумуляторов, следует вентили 11 и 12 заменить тиристорами. Это дает два независимых регулируемых выпрямителя. Первый из них содержит обмотку с выводами 3, 5, тиристоры 10, 12, реактор 6, диоды 13, 14 и обеспечивает семейство характеристик, пригодных для заряда аккумуляторых батарей током. Второй выпрямитель содержит обмотку 4, 5, тиристоры 9, 10, диоды 13, 14 и обеспечивает семейство характеристик, пригодных для стартерного запуска двигателей автомобилей.

В режиме "сварка" тиристоры 11 и 12 должны открываться в начале каждого полупериода напряжения сети.

Применение изобретения позволяет снизить материалоемкость трансформатора и реактора выпрямителя, например, с номинальным током 140 А с 25 до 20 кг, т.е. на 25% величину потребляемого из сети тока с 30 до 23 А, т.е. на 30%

Формула изобретения

1. Однофазный сварочный выпрямитель, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого состоит из частей, сглаживающий реактор, два тиристора, анод первого из которых и катод второго присоединены к началу первой части вторичной обмотки трансформатора, два диода, анод первого из которых и катод второго присоединены к концу первой части вторичной обмотки трансформатора, и два силовых вентиля, при этом катоды первых тиристора, силового вентиля и диода соединены, а аноды вторых тиристора, силового вентиля и диода объединены для образования отрицательного вывода выпрямителя, отличающийся тем, что обмотка реактора выполнена из двух частей, при этом один вывод каждой части реактора присоединен к началу второй части вторичной обмотки, другой вывод первой части обмотки реактора присоединен к аноду первого силового вентиля, а другой вывод второй части обмотки реактора к катоду второго силового вентиля, конец второй части вторичной обмотки трансформатора присоединен к первой части обмотки трансформатора, количество витков вторичной обмотки между концом первой части и началом второй части выбрано из условия зажигания дуги и превышает количество витков первой части вторичной обмотки, которое выбрано из условий горения дуги, первая часть вторичной обмотки расположена относительно сетевой обмотки, исходя из условия получения максимального тока сварки, а вторая часть вторичной обмотки расположена относительно сетевой обмотки, исходя из условия получения минимального сварочного тока, катоды первых тиристора, силового вентиля и диода связаны с положительным выводом выпрямителя.

2. Выпрямитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве силовых вентилей применены диоды.

3. Выпрямитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве силовых вентилей применены тиристоры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2