ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ Российский патент 1994 года по МПК B23K9/06 

Изобретение относится к источникам питания сварочной дуги, в частности к выпрямительным устройствам.

Наиболее близким по технической сущности является источник питания сварочной дуги серии ВСВУ, предназначенный для сварки изделий из обычных, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей, и титановых сплавов сжатой дугой в непрерывном и импульсном режимах, содержащие трехфазный силовой трансформатор, имеющий одну первичную и две вторичные обмотки. Фазы от одной вторичной обмотки подведены к трехфазному тиристорному выпрямителю, имеющему пологопадающую внешнюю характеристику, от второй вторичной обмотки напряжение подводится к трехфазному неуправляемому выпрямителю через однофазные неуправляющие дроссели, включенному на дугу параллельно с первым. Требуемый ток возбуждения дуги обеспечивается соответствующим зазором в разъемных сердечниках дросселей, которые обеспечивают также и крутопадающую внешнюю характеристику и стабильное горение дежурной дуги.

Совмещение двух существенно различных по форме внешних характеристик, позволяет существенно снизить напряжение холостого хода основного выпрямителя, а следовательно потребляемую мощность, массу, габаритные размеры, повысить КПД и коэффициент мощности.

Однако сложность конструкции таких источников питания, заключающаяся в том, что используется трехфазный трансформатор, дроссели с разъемными сердечниками, управляемые вентиля (тиристоры), являющиеся источниками высших гармонических составляющих и требующие установки помехозащитных устройств, делают невозможным применение таких источников питания сварочной дуги в качестве переносных.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, заключается в том, что достигается снижение до минимально возможных значений напряжение холостого хода силовой сварочной цепи, мощности, массы.

Этот технический результат достигается тем, что источник питания сварочной дуги содержит трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, в каждую из которых включены выпрямители, соединенные параллельно на сварочную дугу, причем трансформатор выполнен однофазным с коэффициентами трансформации
Ктт₁= = U_д;
Ктт₂= = U_д;источник снабжен регулируемым активным сопротивлением с пределом регулирования R = ,а выпрямители выполнены однофазными неуправляемыми, где Ктт₁ - коэффициент трансформации между обмотками трансформатора 1,2;
Ктт₂ - коэффициент трансформации между обмотками трансформатора 1,3;
W₁W₂W₃ - числа витков обмоток 1,2,3 соответственно;
U_c - напряжение питающей сети;
U_д - напряжение на сварочной дуге;
R - активное регулируемое сопротивление с пределом регулирования 50-150 Ом, мощностью 100 Вт;
U₃ - напряжение цепи обмотки трансформатора с числом витков W₃,
I_з - ток цепи обмотки трансформатора с числом витков W₃, где I₃ = 0,5-1,5А определен экспериментально.

Зажигание дуги и устойчивое ее горение обеспечивается одновременно двумя однофазными неуправляемыми выпрямителями, т.е. выпрямитель, питающий дугу повышенным напряжением, за счет ограничения регулируемым активным сопротивлением тока, создает только искровые разряды, недостающие для горения дежурной дуги, по которым от другого выпрямителя, питающего дугу пониженным напряжением, происходит зажигание дуги и устойчивое ее горение. Для создания искровых разрядов используют напряжение 70-80 В и ток 0,5-1,5 А, который регулируется активным сопротивлением, а максимальный ток 1,5А обеспечен конструкцией обмотки, одновременно в небольших пределах ±20А регулируется плавно и ток сварки (напряжение холостого хода сварочной цепи 30-40В). При необходимости более глубокого регулирования сварочного тока в сварочную цепь включают дополнительно балластное сопротивление или переключают витки первичной или вторичной обмоток.

По сравнению с прототипом источник питания сварочной дуги, содержащий трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, к каждой из которых подключены выпрямители, соединенные параллельно на сварочную дугу, предлагаемое устройство отличается техническими преимуществами, заключающимися в том, что трансформатор выполнен однофазным с коэффициентом трансформации Kтт₁= ; Kтт₂= , источник снабжен регулируемым активным сопротивлением с пределом регулирования R = , а выпрямители выполнены однофазными неуправляемыми.

Исследование известных в науке и технике решений показало, что применение для зажигания и устойчивого поддержания дуги однофазного трансформатора с одной первичной и двумя вторичными обмотками с коэффициентами трансформации рассчитанными по формулам
Kтт₁= ;
Kтт₂= ; активного регулируемого сопротивления с пределом регулирования R = и двух однофазных неуправляемых выпрямителей не было обнаружено, в то время, как выполнение этих условий является новым.

Был найден источник питания сварочной дуги, содержащий трехфазный трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, в которые включены управляемый и неуправляемый трехфазные выпрямители, включенные параллельно на дугу, а регулирование тока дежурной дуги выполнено однофазными дросселями с разъемными сердечниками в цепи неуправляемого выпрямителя.

Однако, сравнение свойств признаков известного источника с предлагаемым показало, что известные источники сложны по конструкции, чем вызвана ограниченность их области применения специализированными производствами из конструкционных, экономических и эстетических соображений, а в предлагаемом источнике конструкция значительно упрощается за счет применения для зажигания и устойчивого поддержания дуги однофазного трансформатора с одной первичной и двумя вторичными обмотками с коэффициентами трансформации рассчитанными по формулам
Kтт₁= ;
Kтт₂= ; активно регулируемого сопротивления с пределом регулирования R = и двух однофазных неуправляемых выпрямителей параллельно включенных в дугу, тем самым появляется возможность снижения потребляемой мощности, использования источника, как переносного.

Это свидетельствует о том, что предлагаемое решение, содержащее всю приведенную совокупность признаков, соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема источника питания сварочной дуги.

Источник питания содержит трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 1, и две вторичные обмотки 2,3, каждая из которых состоит из двух секций для возможности изменения числа витков, а соответственно и мощности, а также сварочного тока и напряжения на выходе выпрямителей; вторичные обмотки соединены с однофазными неуправляемыми выпрямителями 4,5, а в цепь выпрямителя 5 включено регулируемое сопротивление 6; выпрямители параллельно включены на дугу подключением к электроду 7 и изделию 8 своих выходных зажимов.

Устройство работает следующим образом:
При подключении первичной обмотки 1 трансформатора 1 к сети на вторичных обмотках 2, 3 появляется переменное напряжение, которое подается на неуправляемые выпрямители 4 и 5 (причем в цепи выпрямителя 5, питающегося от обмотки повышенного напряжения 3, включено регулируемое активное сопротивление 6), с которых выпрямленное напряжение подается на дугу подключением их выходных зажимов к электроду 7 и изделию 8. Напряжение от выпрямителя 5 имеет повышенное значение, достаточное для пробоя промежутка между электродом и изделием, вследствие чего происходит искровой разряд между электродом и изделием, по которому от выпрямителя 4 протекает сварочный ток, зажигая дугу. Устойчивое ее горение также обеспечивается двумя выпрямителями, так как от выпрямителя 5 недостаточен ток для устойчивого горения дуги, а от выпрямителя 4 пониженное напряжение не обеспечивает устойчивого горения дуги без выпрямителя 5.

П р и м е р. Источник питания включен в сеть переменного напряжения 220 В, на выходе вторичной обмотки силовой цепи трансформатора 36В, на выходе вторичной обмотки цепи возбуждения дуги напряжение 72В. В цепь вторичной обмотки силовой цепи трансформатора включен однофазный неуправляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, в цепь возбуждения дуги включено активное регулируемое сопротивление с пределом регулирования 50-150 Ом и однофазный неуправляемый выпрямитель, собранный по мостовой схеме и параллельно с первым включенный на дугу. Сварочный ток в этом случае регулируется от 90 до 110А, что составляет 2,6-2,7 кВА мощности потребляемой от сети.

Использование для зажигания и устойчивого поддержания дуги двух неуправляемых однофазных выпрямителей позволило упростить конструкцию, удешевить, снизить вес, уменьшить мощность, обеспечив тем самым возможность использования его в качестве переносного источника питания сварочной дуги.

Предлагаемая конструкция может быть легко реализована и изготовленная конструкция малогабаритна и легко управляема в работе. Надо отметить, что для изготовления использованы стандартные блоки, выпускаемые промышленностью.

Изобретение относится к источникам питания, в частности к выпрямительным устройствам. Сущность изобретения: предложена конструкция, в которой трансформатор выполнен однофазным с коэффициентами трансформации, отвечающим определенным закономерностям, рассчитываемым по формуле. В устройстве, кроме того, источник питания снабжен регулируемым активным сопротивлением, а выпрямители выполнены однофазными неуправляемыми. 1 ил.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ, содержащий трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, каждая из которых подключена к соответствующему выпрямителю, выходы обоих выпрямителей соединены параллельно сварочным электродам, отличающийся тем, что в цепь первой вторичной обмотки включено регулировочное сопротивление, выпрямители выполнены однофазными неуправляемыми, трансформатор выполнен однофазным с коэффициентами трансформации, рассчитанными по формулам
Кт₁= ,
Кт₂= ,
а регулировочное сопротивление определяется по формуле
R = ,
где U_с - напряжение питающей сети;
U_д - напряжение на сварочной дуге;
U₂, I₂ - напряжение и ток первой вторичной обмотки трансформатора при величине I₂ 0,5 - 1,5 А.