Однофазный выпрямитель для дуговой сварки

 

Использование: изобретение относится к источникам питания постоянного тока для электродуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов. Сущность изобретения: трансформатор выпрямителя содержит разнесенные первичные и вторичные обмотки, между ними установлен магнитопровод шунта, имеющий немагнитный зазор с основным магнитопроводом трансформатора. Шунт охватывает реактивная обмотка. Она может включаться либо последовательно согласно или встречно с первичными обмотками, либо последовательно согласно со вторичными обмотками. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к источникам питания постоянного тока преимущественно для электродуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов на небольшие токи (до 80 -100 А).

Качественная сварка в среде инертных газов получается при крутопадающей (штыковой) вольт-амперной характеристике источника питания сварочной дуги.

Известен однофазный сварочный выпрямитель, трансформатор которого имеет разнесенные первичные и вторичные обмотки, между которыми установлен шунт, имеющий немагнитный зазор относительно основного магнитопровода. На шунте имеются две реактивные обмотки, одна из которых, являясь регулировочной, подключена последовательно (согласно или встречно) со вторичной обмоткой и обе они подключены к выпрямительному однофазному мосту. Другая обмотка - слаботочная служит для обеспечения подпитки в моменты спадания сварочного тока до нуля и она через последовательно включенный фазосдвигающий конденсатор подключена к другому однофазному выпрямительному мосту. При этом оба однофазных моста по постоянному току включаются параллельно, образуя единый трехфазный выпрямительный мост, так как одно плечо у них является общим.

Кроме того, для увеличения экономичности трансформатора, вторичная обмотка частично намотана на первичную.

Такой выпрямитель, обладая хорошими массо-габаритными показателями, имеет крутопадающую характеристику с кратностью тока короткого замыкания к сварочному, в пределах 1,3 1,5, что благоприятно для надежного зажигания и устойчивого горения сварочной дуги при сварке штучными электродами.

Для аргонодуговой сварки наиболее целесообразна вольт-амперная характеристика с кратностью тока короткого замыкания, близкой к единице (штыковая характеристика).

Такая характеристика формируется без перераспределения витков вторичной обмотки. Однако, такое исполнение трансформатора менее экономично. Кроме того, при производстве выпрямителей общего применения, стремятся расширить диапазон сварочных токов, что достигается совместным переключением первичных и вторичных обмоток с параллельного на последовательное соединение и требуется значительное количество витков реактивной обмотки, что увеличивает кратность тока короткого замыкания и также снижает экономичность трансформатора.

Цель изобретения создание сварочного выпрямителя со штыковой характеристикой и с глубоким регулированием сварочного тока, при сохранении высокой эффективности использования активных материалов трансформатора.

Цель достигается тем, что регулировочная (реактивная) обмотка, снабженная отпайками, и расположенная на шунте, подключается последовательно согласно или встречно с первичной обмоткой, а для расширения диапазона регулирования она подключается согласно со вторичной обмоткой.

Такое включение регулировочной обмотки в цепь вторичной обмотки снижает величину вторичного тока, что позволяет расширить диапазон регулирования в сторону малых токов, а также наматывать регулировочную обмотку проводом малого сечения.

На чертеже изображена схема предлагаемого выпрямителя.

Выпрямитель состоит из трансформатора, на основной магнитопровод 1 которого, насажены первичные обмотки 2 и вторичные обмотки 3. Обмотки разнесены и между ними, перпендикулярно основному магнитопроводу, установлен магнитопровод шунта 4, имеющий немагнитный зазор относительно основного магнитопровода. На магнитопровод шунта установлены регулировочная (реактивная) обмотка 5 и дополнительная обмотка 6. Регулировочная обмотка через коммутаторы 7 и 8 подключается последовательно либо с первичной обмоткой (согласно или встречно), либо последовательно и согласно со вторичной обмоткой.

При подключении регулировочной обмотки к первичной обмотке сетевое питание подается к свободным от соединения точкам первичной и регулировочной обмоток через коммутаторы. Вторичная обмотка в этом случае через коммутатор 7 подключена к двум зажимам переменного тока трехфазного моста, образованного последовательно включенными (анод-катод) выпрямителями 9 и 10.

При подключении регулировочной обмотки последовательно и согласно со вторичной обмоткой сетевое питание осуществляется через цепь коммутатора непосредственно на первичную обмотку, а последовательно включенные регулировочная и вторичная обмотки через цепи коммутатора подключены к тем же зажимам переменного тока трехфазного выпрямительного моста.

Дополнительная обмотка шунта через последовательно включенный конденсатор 11 подключена к третьему зажиму переменного тока трехфазного выпрямительного моста образованными последовательно включенными диодами (анод-катод) 12 и к выводу вторичной обмотки непосредственно присоединенными к другому зажиму переменного тока трехфазного моста.

Выпрямленное напряжение с трехфазного моста подключено плюсом к свариваемому изделию 13 и минусом к сварочной горелке 14 (при сварке на прямой полярности).

Выпрямитель работает следующим образом.

При подаче на холостом ходу сетевого напряжения на последовательно соединенные первичную и регулировочную обмотки в основном магнитопроводе создается магнитный поток, индуктирующий ЭДС во вторичной обмотке, при этом из-за наличия немагнитного зазора МДС, создаваемая регулировочной обмоткой, весьма мала в сравнении с МДС первичной обмотки и ее влияние на величину индуктированной ЭДС невелико. При включении нагрузки во вторичной обмотке возникает ток, который в соответствии с коэффициентом трансформации увеличивает ток в первичной обмотке и соответственно, в регулировочной. Кроме того, в шунт ответвляется часть магнитного потока из-за реакции вторичной обмотки, поэтому падение напряжения на регулировочной обмотке возрастает и напряжение на вторичной обмотке падает, создавая крутопадающую вольт-амперную характеристику. Величина второго тока зависит от того, согласно или встречно включена регулировочная обмотка с первичной.

Количество витков регулировочной обмотки соизмеримо или превышает количество витков вторичной обмотки, поэтому, если ее включить последовательно и согласно со вторичной обмоткой, то величина вторичного тока при нагрузке уменьшается в 4 раза при равенстве витков регулировочной и вторичной обмоток или более, если количество витков превышает число витков вторичной обмотки, так как зависимость снижения тока от суммарного количества витков квадратичная.

Поскольку регулировочная обмотка рассчитывается на пропускание тока первичной обмотки, а согласное подключение ее ко вторичной обмотке приводит к существенному уменьшению величины вторичного тока, это позволяет не увеличивать на нее расход активных материалов.

Следует учитывать, что вольт-амперная характеристика в этом случае остается крутопадающей.

ЭДС, индуктируемая в обмотке 6, вызывает ток подпитки, ограниченный реактивным сопротивлением конденсатора 11 и сдвинутый по фазе относительно основного тока на 90 электрических градусов, благодаря чему отсутствуют провалы сварочного тока до нулевого значения, что необходимо для стабильного горения дуги.

Изготовленный опытный образец выпрямителя с максимальным сварочным током 85 А имеет пределы регулирования тока от 7 до 85 А и обладает высокими сварочными свойствами. При этом один из коммутаторов 8 пропускает только ток первичной обмотки. Поэтому является достаточно компактным. Оба коммутатора серийно выпускаются отечественной промышленностью и в совокупностим позволяют иметь не менее 12 ступеней регулирования.

Формула изобретения

1. Однофазный выпрямитель для дуговой сварки, содержащий трансформатор с разнесенными первичными и вторичными обмотками, между которыми установлен магнитопровод шунта, имеющий немагнитный зазор с основным магнитопроводом трансформатора и реактивную обмотку, охватывающую шунт, отличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны внешней характеристики выпрямителя, он снабжен трехфазным выпрямительным мостом, двумя коммутаторами, конденсатором и дополнительной обмоткой шунта, причем первичные обмотки соединены в первую последовательную цепь, один вывод этой цепи связан с первой сетевой клеммой, а другой с первым коммутатором, вторичные обмотки соединены во вторую последовательную цепь, один вывод которой соединен с первой входной клеммой моста, а второй вывод с первым коммутатором, при этом первый вывод дополнительной обмотки соединен с второй входной клеммой моста и с первым коммутатором, а второй вывод дополнительной обмотки через конденсатор с третьей входной клеммой моста, выходные клеммы которого соединены с выходными зажимами выпрямителя, причем реактивная обмотка соединена с первым и вторым коммутаторами, которые связаны между собой, а вторая сетевая клемма соединена с первым коммутатором.

2. Выпрямитель по п. 1, отличающийся тем, что реактивная обмотка включена последовательно согласно или встречно с первичными обмотками.

3. Выпрямитель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования сварочного тока в сторону малых токов при сохранении эффективного использования активных материалов, реактивная обмотка включена последовательно согласно с вторичными обмотками.

РИСУНКИ

Рисунок 1