ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ Российский патент 1996 года по МПК B23K9/09 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для питания дуги при автоматической и ручной сварке.

Известен источник питания сварочной дуги, содержащий мостовой выпрямитель, вход которого подключен к вторичной обмотке понижающего трансформатора, а выход к выходу источника питания, и два блока конденсаторов, при этом первые выводы блоков конденсаторов подключены к одному из концов вторичной обмотки силового понижающего трансформатора, а вторые выводы к выходу выпрямителя (авт.св. СССР N 1076227, кл. В 23 К 9/09, 1983).

Недостатками этого источника являются невозможность регулирования тока и низкие энергетические показатели устройства.

Известен источник питания сварочной дуги, содержащий силовой понижающий трансформатор с двумя вторичными обмотками, мостовой неуправляемый и управляемый выпрямитель, соединенные с выходом источника питания, при этом неуправляемый выпрямитель соединен с обмоткой трансформатора через конденсатор (авт.св. СССР N 1639907, кл. В 23 К 9/00, 1991).

Недостатком этого источника питания являются большие значения емкости конденсаторов, необходимые для обеспечения устойчивой работы устройства при фазовом регулировании тиристоров управляемого выпрямителя. Значение емкости конденсатора зависит от глубины регулирования и достигает значений 2000 мкФ. Форма и фазовый сдвиг приводят к ухудшению коэффициента мощности и увеличению действующего тока, потребляемого из сети переменного тока. Высокие значения тока не позволяют использовать устройство при питании от бытовой сети 220 В.

Предлагаемый источник питания позволяет уменьшить значения тока, потребляемого из питающей сети, за счет улучшения формы и уменьшения реактивной составляющей тока. Малые значения потребляемого тока позволяют использовать устройство в различных областях народного хозяйства, в бытовых условиях и в условиях малых хозяйств. Источник позволяет уменьшить расход электрической энергии на производство сварочных работ.

Для этого источник питания сварочной дуги, содержащий силовой понижающий трансформатор с двумя вторичными обмотками, мостовой неуправляемый и управляемый выпрямители, при этом неуправляемый выпрямитель соединен с обмоткой трансформатора через конденсатор, снабжен дополнительным выпрямителем, дополнительной вторичной обмоткой силового трансформатора и дополнительным дросселем с двумя обмотками. При этом первые выводы двух вторичных и дополнительной обмоток объединены и соединены с выходными выводами источника питания через два вентиля неуправляемого выпрямителя, которые являются общими для трех мостовых выпрямителей. Второй вывод первой вторичной обмотки соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен через вентили с выводами источника питания. Второй вывод второй вторичной обмотки соединен с первым выводом первой обмотки дополнительного дросселя, второй вывод которого через два тиристора соединен с выводами источника питания. Второй вывод дополнительной вторичной обмотки соединен с вторым выводом второй обмотки дросселя, первый вывод которой через два вентиля соединен с выводами источника питания. Источник питания сварочной дуги может быть выполнен с чередующимися обмотками, при этом первая вторичная обмотка, соединенная с конденсатором, расположена между двумя другими вторичными обмотками. Напряжение холостого хода источника питания дуги обеспечивается обмоткой, соединенной через конденсатор и мостовой выпрямитель, соединенный с выводами источника питания.

Напряжение имеет значение, допустимое по условиям техники безопасности и достаточное для зажигания дуги. При зажигании обеспечивается сварочный ток на минимальном уровне, который протекает по дополнительной обмотке трансформатора, второй обмотке дополнительного дросселя и неуправляемым вентилям дополнительного выпрямителя. Значение тока ограничивается индуктивным сопротивлением обмотки дросселя и сопротивлением понижающего трансформатора и должно обеспечивать устойчивую сварочную дугу при электродах малых диаметров. При работе тиристоров с минимальным углом регулирования обеспечивается максимальное значение сварочного тока. Ток протекает по вторичной обмотке, по первой обмотке дополнительного дросселя и тиристорам. Токи в обмотках дросселя протекают встречно, что обеспечивает малое значение индуктивного сопротивления обмоток. Малое значение индуктивного сопротивления обеспечивает максимальный сварочный ток. При изменении угла регулирования изменяется значение тока как через тиристоры, так и через дополнительные вентили. Токи в первичной обмотке трансформатора определяются результирующими ампервитками трех вторичных обмоток, что обеспечивает синусоидальность его при всех режимах работы тиристоров. Малое значение входного тока устройства обеспечивается значением коэффициентов трансформации обмоток трансформатора. Конденсатор в предлагаемом устройстве включен в цепь обмотки с наибольшим напряжением, основная и дополнительные обмотки имеют малые значения напряжений. Это обеспечивает компенсацию реактивной составляющей тока и малые значения первичного тока при максимальном вторичном токе. Пульсирующий характер тока в сварочной дуге обеспечивает мелкокапельный перенос металла и малые затраты энергии при сварке. Расположение вторичной обмотки, соединенной с конденсатором, между двумя другими обмотками улучшает условия коммутации основных тиристоров и дополнительных вентилей. В моменты времени малых мгновенных значений питающего напряжения ток через обмотку, соединенную с конденсатором, имеет максимальные мгновенные значения и обмотка обеспечивает питание. Энергия, накопленная в конденсаторе, переходит в энергию магнитного поля трансформатора и дополнительного дросселя.

На чертеже приведена схема источника питания сварочной дуги.

Источник содержит силовой понижающий трансформатор 1 с первой 2 и второй 3 вторичными обмотками. Первая вторичная обмотка 2 через конденсатор 4 и мостовой выпрямитель, собранный на вентилях 5-8, соединена с выходными выводами 9 и 10 источника питания. Управляемый выпрямитель состоит из тиристоров 11, 12 и диодов 5, 6. Обмотка 3 трансформатора соединена с первой обмоткой 13 дросселя. Вторая обмотка 14 дросселя соединяет дополнительные вентили 15 и 16 с дополнительной обмоткой 17. Вентили 5, 6, 15 и 16 образуют дополнительный мостовой выпрямитель.

Трансформатор 1 источника питания для сварочной дуги имеет первичную и три вторичные обмотки 2, 3 и 17. Напряжение на обмотке 2 имеет высокое значение. Напряжения на обмотках 3 и 17 имеют значения, близкие к напряжению на дуговом промежутке при сварке. Обмотки 2, 3 и 17 одноименными выводами объединены и через вентили 5 и 6 соединены с выводами 9 и 10. Второй вывод обмотки 2 соединен с первым выводом конденсатора 4, второй вывод которого через вентили 7 и 8 соединен с выводами 9 и 10 источника. Второй вывод обмотки 3 соединен с первым выводом первой обмотки 13 дросселя. Второй вывод первой обмотки 13 дросселя через тиристоры 11 и 12 соединен с выводами 9 и 10 источника. Второй вывод дополнительной обмотки 17 соединен с вторым выводом второй обмотки 14 дросселя, первый вывод которой соединен через вентили 15 и 16 с выводами 9 и 10.

Источник питания работает следующим образом.

При включении в питающую сеть на обмотках понижающего трансформатора создается напряжение. На обмотке 2 напряжение может достигать значений, близких к 100 В, которые допустимы при ручной сварке. Возбуждают дугу касанием электродом изделия. После возбуждения дуги сопротивление дугового промежутка резко падает, что приводит к падению напряжения на выпрямителе, состоящем из вентилей 5-8, до уровня напряжения дополнительного выпрямителя на вентилях 5, 6, 15 и 16, которые питаются от дополнительной обмотки 17. Значение тока от мостового выпрямителя на вентилях 5-8 ограничивается реактивным сопротивлением конденсатора 4, а от выпрямителя на вентилях 5, 6, 15 и 16 реактивным сопротивлением обмотки 14 дросселя. Переменный ток в одном выпрямителе имеет активно-емкостную реакцию, в другом активно-индуктивную. Мгновенное значение тока дуги всегда отлично от нулевого значения. Коммутации вентилей 5-8, 15 и 16 происходят в различные моменты времени, что обеспечивает устойчивое горение дуги при малых токах через конденсатор. Это позволяет использовать конденсаторы с емкостью 50 мкФ, т.е. в 40 раз меньшие, чем в известном устройстве. Форма мгновенного значения сварочного тока имеет в устройстве оптимальный характер. Обеспечивается устойчивый характер горения дуги за счет непрерывности тока. Обеспечивается мелкокапельный перенос металла за счет высоких значений амплитуды переменной составляющей. Эти особенности обеспечивают малое разбрызгивание металла при сварке.

Использование: для сварки, в частности для сварки на постоянном токе ручными электродами. Сущность изобретения: устройство содержит понижающий сварочный трансформатор с тремя вторичными обмотками (ВО). Первые выводы трех ВО объединены и соединены с выводами источника питания (ВИП) через два вентиля. Второй вывод первой ВО через конденсатор и два вентиля соединен с ВИП. Второй вывод второй ВО через первую обмотку дросселя и два тиристора соединен с ВИП. Второй вывод третьей ВО через вторую обмотку дросселя и два вентиля соединен с ВИП. Обмотки дросселя включены встречно. Обмотки трансформатора чередующиеся. Первая ВО расположена между второй и третьей ВО. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ, содержащий силовой понижающий трансформатор с двумя вторичными обмотками, два мостовых выпрямителя, выходы которых соединены с выходными клеммами источника питания, конденсатор и дроссель, при этом первый мостовой выпрямитель соединен с первой вторичной обмоткой через конденсатор, отличающийся тем, что он снабжен третьим мостовым выпрямителем, второй мостовой выпрямитель выполнен тиристорным управляемым, силовой понижающий трансформатор снабжен третьей вторичной обмоткой, дроссель выполнен с двумя обмотками, при этом первые выводы вторичных обмоток трансформатора объединены, второй вывод второй вторичной обмотки соединен с началом первой обмотки дросселя, конец которой через два тиристора второго мостового выпрямителя соединен с выходными клеммами источника питания, второй вывод третьей вторичной обмотки соединен с концом второй обмотки дросселя, начало которой через два вентиля третьего выпрямителя соединено с выходными клеммами источника питания. 2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что первая вторичная обмотка расположена между двумя другими вторичными обмотками.