СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к области сварки, в частности к электродуговой сварке на переменном токе, и может быть применено при ручной сварке.

Известен сварочный аппарат с отдельным дросселем [1, с. 35, 36, рис. 27] состоящий из понижающего трансформатора и дросселя.

Данное устройство позволяет получить падающую внешнюю характеристику.

Недостатком является то, что создание ЭДС самоиндукции осуществляется при больших изменениях сварочного тока и его больших абсолютных значениях, что вызывает необходимость изготавливать массивные и значительные по габаритам сварочные аппараты это проявляется в изготовлении соизмеримого по габаритам и весу с сердечником (магнитопроводом) трансформатора сердечника дросселя. Кроме того, так как обмотка дросселя находится в сильноточной (сварочной) цепи, то поперечное сечение и вес этой обмотки велики.

Известен сварочный аппарат, содержащий трансформатор, имеющий магнитопровод в виде стержней, на которых расположены по две катушки: одна с первичной обмоткой; вторая со вторичной обмоткой. Катушки обмоток соединены параллельно. Первичная обмотка закреплена неподвижно. Катушки вторичной обмотки перемещаются винтовым механизмом вручную [1, с. 40, 41]
Указанный сварочный аппарат позволяет исключить дроссель, уменьшить габариты и вес за счет образования магнитных потоков рассеяния, которые создают значительное индуктивное сопротивление и обеспечивают получение падающей внешней характеристики.

Однако такие технические решения недостаточно снижают габариты и вес сварочного аппарата ввиду большого расхода обмоточного провода (по две катушки в каждой обмотке) и большой длины стержней магнитопровода, нужных для регулирования сварочного тока перемещением одной из обмоток.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является сварочный аппарат, содержащий магнитопровод с первичной, вторичной и дополнительной обмотками, причем дополнительная обмотка установлена на наружной боковой поверхности магнитопровода.

Следует подчеркнуть, что в этом устройстве магнитопровод выполнен кольцеобразной формы и при его работе возникают два взаимно перпендикулярных (ортогональных) магнитных потока.

Цель изобретения уменьшение габаритов и веса сварочного аппарата при сохранении качества сварки.

Поставленная цель достигается тем, что в сварочный аппарат, содержащий магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, введена дополнительная обмотка, установленная на наружной боковой поверхности магнитопровода и последовательно соединенная с первичной обмоткой.

Создание дополнительного магнитного потока и одновременное увеличение индуктивного сопротивления первичной цепи позволяет при изготовлении сварочного аппарата создать падающую внешнюю характеристику за счет размещения дополнительной обмотки в слаботочной первичной цепи, при этом напряжение во вторичной цепи определяется следующим образом:
,
где U_вх напряжение, подводимое от источника переменного тока;
h коэффициент трансформации, причем
ω круговая частота;
I₁ ток в первичной цепи,
и выполнить эту обмотку такого же малого сечения, как и провод первичной обмотки, что ведет к снижению расхода обмоточного провода по массе.

Кроме того, операции увеличения индуктивного сопротивления первичной цепи и придание дополнительному магнитному потоку направления, перпендикулярного основному магнитному потоку, позволяют при изготовлении устройства последовательно соединить первичную и дополнительную обмотки так, что при этом обмотки своими магнитными полями не влияют друг на друга.

Исключение этого влияния и увеличение индуктивного сопротивления согласно способу реализуются в конструкции сварочного аппарат по-новому: дополнительная обмотка наматывается на наружную боковую поверхность магнитопровода перпендикулярно плоскостям витков первичной и вторичной обмоток.

При этом индуктивное сопротивление дополнительной обмотки
X_д.о= L_д.о•ω, где L_д.о= к•μ•D•ω²/l [2, с. 116]
создается за счет перераспределения параметров, определяющих ее индуктивность L_g.о. С одной стороны, уменьшается магнитная проницаемость μ так как дополнительный магнитный поток идет не вдоль направления прокатки анизотропной холоднокатанной стали сердечника, а поперек [3, с. 21] с другой стороны, при такой намотке сильно увеличивается диаметр дополнительной обмотки D.

Причем чем меньше периметр этой боковой поверхности (что осуществляется применением, например, тороидального трансформатора с сердечником кольцеобразной формы), тем меньше габариты и вес устройства.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого сварочного аппарата для электродуговой сварки на переменном токе; на фиг. 2 - расположение дополнительной обмотки на наружной боковой поверхности магнитопровода.

Сварочный аппарат содержит: магнитопровод 1 с первичной 2, вторичной 3 и дополнительной 4 обмотками; 5 наружная боковая поверхность магнитопровода 1; 6 провода первичной обмотки для подачи напряжения U_вх от источника переменного тока; 7 провода вторичной обмотки, с которых снимается напряжение U₂ при сварке; I₁ ток в первичной и в дополнительной обмотках; I₂ ток во вторичной (сварочной) цепи; f_осн - основной магнитный поток, индуктируемый током I₁ в магнитопроводе I; φ_доп дополнительный магнитный поток в магнитопроводе 1, перпендикулярный потоку φ_осн и поэтому не влияющий на него; T_p трансформатор.

Аппарат работает следующим образом.

В первичной цепи создают дополнительный магнитный поток, перпендикулярный направлению основного магнитного потока, реализуемый в устройстве путем навивки дополнительной обмотки на наружную боковую поверхность того же самого магнитопровода, преимущественно кольцеобразной формы, на котором размещены первичная и вторичная обмотки.

Такая компоновка, когда все обмотки расположены на одном "носителе" (магнитопроводе), существенно уменьшает габариты сварочного аппарата. Кроме того, последовательное соединение первичной и дополнительной обмоток при подаче входного напряжения U_вх уменьшает ток J₁ за счет одновременного создания индуктивного сопротивления на дополнительной обмотке. Это позволяет одновременно с созданием дополнительного магнитного потока увеличить индуктивное сопротивление первичной цепи. В сварочном аппарате эти обмотки навивают проводом малого сечения S₁ S_{доп.обм} ≈ 2-5 мм², так как J₁ ≈ 20-30 A. Это также позволяет снизить вес всего устройства.

Дополнительная обмотка является "буферной": при коротком замыкании в начале сварки и при случайном уменьшении дугового промежутка в процессе сварки растет сварочный ток J₂, что, в свою очередь, вызывает возникновение рабочего тока J₁ в первичной цепи, причем J₁> >J_{хол.хода}. Согласно выражению (см. ранее) увеличение J₁ приведет к падению напряжения на дополнительной обмотке, так как она намотана поперек виткам первичной и вторичной обмоток, то ее магнитный поток не оказывает влияния на основной магнитный поток и, следовательно, не меняет параметров трансформатора сварочного аппарата. Напряжение U₁ в первичной обмотке снижается и, следовательно, снижается напряжение в сварочной цепи до рабочего, оптимального значения.

Величины минимального тока J₁ и ток дуги определяются индуктивным сопротивлением первичной цепи в целом и дополнительной обмотки как ее составной части.

Изменяя в необходимых пределах одну из составляющих индуктивного сопротивления (X_д.o= L_д.o•ω) индуктивность , добиваются как минимум сохранения, а в основном повышения качества сварки: стабильности дуги и прочного сварного шва за счет применения определенной марки электротехнической стали магнитопровода (простая конструкция навивка из анизотропной холоднокатанной ленты и минимум обработки позволяют применить сталь с повышенным до 3,9 4,8% содержанием кремния и, следовательно, минимальными потерями на перемагничивание и вихревые токи), при этом магнитная проницаемость μ_попер. в поперечном направлении существенно меньше μ_продол
Подбирая диаметр D, высоту 1 намотки, количество витков ω дополнительной обмотки, определяют необходимую для качественной сварки индуктивность L_д.о. и дополнительное сопротивление X_д.о..

Таким образом предложенное техническое решение позволяет уменьшить габариты и вес сварочного аппарата при сохранении качества сварки.

Источники информации:
1. Геворкян В.Г. Основы сварочного дела. М. Высшая школа, 1971, с.35,36, рис.27 (аналог), с.40,41 (прототип).

2. Жеребцов И.Л. Электротехника для радистов. М. ДОСААФ, 1964, с.116.

3. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины и микромашины. М. Высшая школа, 1981, изд. 2-е, с.21.

Использование: изобретение относится к сварке, в частности к электродуговой сварке на переменном токе, и может использоваться при ручной сварке. Сущность изобретения: сварочный аппарат содержит магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, причем дополнительная обмотка установлена на наружной боковой поверхности магнитопровода и последовательно соединена с первичной обмоткой. Предусмотрено выполнение магнитопровода кольцеобразной формы. 2 ил.

Сварочный аппарат, содержащий магнитопровод с первичной, вторичной и дополнительной обмотками, причем дополнительная обмотка установлена на наружной боковой поверхности магнитопровода, отличающийся тем, что первичная и дополнительная обмотки соединены последовательно.