СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1997 года по МПК H01F38/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электросварке, и может быть использовано в конструкциях сварочных трансформаторов, преимущественно однофазных.

Известна конструкция сварочного трансформатора по патенту Великобритании [1] содержащего магнитопровод, на стержнях которого установлены первичная и вторичная обмотки, многоконтактное переключающее средство для избирательного переключения на различные величины сварочного тока, конденсатор и ограничительное сопротивление.

Недостатками известной конструкции являются отсутствие средств тонкой регулировки, так как избирательное переключение обеспечивает только грубую ступенчатую регулировку, усложнение конструкции, ухудшение массо-габаритных характеристик и высокую стоимость.

Известна конструкция сварочного трансформатора по патенту Великобритании [2] содержащего магнитопровод, на стержнях которого установлены первичная и вторичная обмотки и магнитный шунт, установленный в "окне" магнитопровода с возможностью перемещения.

Перемещение шунта в "окне" магнитопровода позволяет получать семейство внешних характеристик с различной крутизной, т.е. осуществлять плавное регулирование сварочного тока.

Недостатками известной конструкции являются: узкий диапазон регулирования из-за отсутствия средств грубой регулировки, ухудшение массо-габаритных характеристик за счет массы самого шунта и магнитопровода, в окне которого располагается подвижный шунт, ухудшение условий охлаждения обмоток, а следовательно необходимость увеличения сечения их проводов.

Все это повышает материалоемкость, вес и стоимость трансформатора.

Известна конструкция сварочного трансформатора [3] содержащего магнитопровод со средним поворотным стержнем, первичную и вторичную обмотки, выполненные в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к среднему стержню.

Недостатками такой конструкции являются сложность конструкции, плохие массо-габаритные характеристики и высокая стоимость трансформатора.

Известна конструкция сварочного трансформатора [4] содержащего магнитопровод, на стержень которого установлены первичная и вторичная обмотки для ступенчатого регулирования сварочного тока, подвижный шунт для плавного регулирования сварочного тока, средства коммутации дополнительных обмоток и перемещения шунта.

Недостатками такой конструкции являются большой расход электротехнической стали на шунт и магнитопровод, так как дополнительные обмотки установлены на его стержнях, что увеличивает высоту "окна" магнитопровода, ухудшение условий охлаждения, а следовательно, увеличение сечения провода обмоток.

Все это ухудшает массо-габаритные характеристики и повышает стоимость трансформатора.

Известна конструкция сварочного трансформатора [5] содержащего магнитопровод и размещенные на его стержнях первичную и вторичную обмотки, причем вторичная обмотка установлена с возможностью перемещения.

Перемещение вторичной обмотки позволяет получить семейство внешних характеристик с различной крутизной и, следовательно, осуществить плавное регулирование сварочного тока.

Недостатками известной конструкции являются: увеличение размеров магнитопровода для обеспечения перемещения обмотки, имеющей большую массу.

Все это ухудшает массо-габаритные характеристики и повышает стоимость трансформатора.

Известна конструкция сварочного трансформатора [6] содержащего магнитопровод, на стержнях которого установлены первичная и вторичная обмотки, а на ярмах, минимум на одном, установлены дополнительные обмотки для регулирования сварочного тока. Верхняя дополнительная обмотка снабжена промежуточным ответвлением. Дополнительные обмотки установлены на магнитопроводе по его торцам, охватывая боковые плоскости и торцы ярм параллельно продольным осям ярм, не входя в зону "окна" магнитопровода. Для соединения дополнительных обмоток с основной первичной обмоткой имеется средство коммутации обмоток.

Возможность подключения дополнительных обмоток и их отводов последовательно с первичной обмоткой согласно или встречно позволяет регулировать сварочный ток только ступенчато без плавной регулировки.

Расположение дополнительных обмоток за пределами "окна" магнитопровода не требует его увеличения, однако для расширения диапазона регулирования требуется увеличение количества витков и ответвлений дополнительной обмотки, что усложняет их конструкцию и конструкцию средств коммутации, увеличивает материалоемкость, ухудшает условия охлаждения, массо-габаритные характеристики и повышает стоимость трансформатора.

По общности основных признаков данную конструкцию трансформатора принимаем за прототип.

В основу изобретения поставлена задача создания сварочного трансформатора, обеспечивающего ступенчатое и плавное регулирование сварочного тока при улучшенных массо-габаритных характеристиках и уменьшенной стоимости трансформатора.

Поставленная задача решена в трансформаторе, по изобретению содержащем магнитопровод, на стержнях которого установлены первичная и вторичная обмотки, дополнительную обмотку, установленную на ярме параллельно его продольной оси, охватывающую боковые плоскости и торцы ярма и средство коммутации обмоток за счет того, что дополнительная обмотка установлена на ярме с возможностью перемещения относительно торцов основных обмоток.

Для упрощения конструкции средств перемещения дополнительная обмотка шарнирно соединена с торцом ярма.

Для улучшения охлаждения дополнительная обмотка выполнена в виде диска.

Анализ патентной и общетехнической информации подтверждает новизну отличительных признаков и их совокупности, следовательно, по новизне заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения.

На чертеже показана схематично активная часть трансформатора, вид сбоку.

Трансформатор содержит: магнитопровод 1, на стержне 2 которого установлена первичная обмотка 3 с отводами 4 и 5. На стержне 6 магнитопровода установлена вторичная сварочная обмотка 7 с отводами 8 и 9. На ярмах 10 магнитопровода установлены дополнительные регулировочные обмотки 11 и 12. Может быть установлена только одна обмотка 11.

Обмотка 11 снабжена отводами 13 и 14, а обмотка 12 снабжена отводами 15 и 16. Дополнительные обмотки установлены в обоймах 17, соединенных с магнитопроводом шарнирами 18.

Первичная обмотка 3 выполнена из медного провода диаметром 2,24 мм и содержит 190 витков. Вторичная обмотка выполнена из медного прямоугольного провода 2,24х10 мм и содержит 41 виток.

Дополнительные обмотки удалены от основных обмоток, находятся в лучших условиях охлаждения и имеют развитую поверхность охлаждения, так как выполнены в виде дисков. Соответственно они намотаны из алюминиевого провода 2,24х10 мм, а учитывая множество вариантов их подключения, имеют только по 10 витков в каждой обмотке. В зависимости от заданных условий регулирования и подключения к первичной или вторичной обмоткам может быть другое количество витков.

Для соединения с приводом (не показан) поворотного перемещения обмоток 11 и 12 их обоймы снабжены приводными выступами 19.

Сварочный трансформатор по изобретению работает следующим образом.

Первичная обмотка 3 подключается к питающей сети переменного тока. Вторичная обмотка 7 с подключенными к ней дополнительными обмотками 11 и 12 подключается к нагрузке. При протекании тока нагрузки по указанным обмоткам вокруг обмоток 3 и 7 образуется поток рассеяния, имеющий наибольшую плотность у их торцов. Этот поток рассеяния пронизывает витки дополнительных обмоток 11 и 12.

В зависимости от способа подключения этих обмоток (встречно или согласно) дополнительные обмотки 11 и 12 выполняют функцию реактора, включенного последовательно со вторичной обмоткой 7 и изменяющего общее сопротивление цепи вторичной обмотки, а следовательно, и величину сварочного тока, т.е. подключением дополнительных обмоток обеспечивается грубая регулировка сварочного тока. При плавном изменении углов α и β посредством поворотного перемещения дополнительных обмоток 11 и 12 изменяется плавно общее сопротивление цепи вторичной обмотки за счет изменения рассеяния между торцами рабочих обмоток 3 и 7 и дополнительными обмотками 11 и 12. Это обеспечивает плавную регулировку сварочного тока.

Перед началом проведения сварочных работ для обеспечения значения сварочного тока в первом грубом приближении подключают дополнительные обмотки 11 12 согласно или встречно к первичной обмотке. При этом может быть задействована одна обмотка, две обмотки или ни одной.

В процессе сварки, изменяя углы a и β, осуществляется плавное регулирование сварочного тока. Причем это регулирование обеспечивается независимо от схемы подключения или изоляции обмоток за счет изменения реактанса.

В частности, для некоторых режимов сварки можно закорачивать дополнительные обмотки, например подключением к ним тиристорного (симисторного) регулятора, изменением степени открытости которого регулируется степень закорачивания и тем самым величина сварочного тока, а также регулируемого баластного резистора или установкой простой закоротки.

Сварочный трансформатор имеет крутопадающую внешнюю характеристику, что особенно благотворно сказывается при небольших сварочных токах.

Как указывалось выше, грубое ступенчатое регулирование внешних характеристик осуществляется различным подключением обмоток 11 и 12 к обмоткам 3 и 7.

Всего конструкция трансформатора по изобретению имеет 8 грубых ступеней регулировки: одна дополнительная обмотка подключена согласно к первичной обмотке, две дополнительных обмотки подключены согласно к первичной обмотке, одна дополнительная обмотка подключена встречно первичной обмотке, две дополнительных обмотки подключены встречно первичной обмотке. Такое же подключение может быть и ко вторичной обмотке, т.е. 8 ступеней грубой регулировки. При этом могут быть варианты регулировки со смешанным соединением одной дополнительной обмотки с первичной, а другой -со вторичной обмоткой.

Тонкая же регулировка обеспечивается во всех случаях за счет подвижности дополнительных обмоток 11 и 12 относительно торцов обмоток 3 и 7, в пределах углов их поворота a и β.

Приводим варианты подключения обмоток.

1. Дополнительные обмотки подключены к первичной обмотке 3 согласно.

При работе сварочного трансформатора на нагрузку возникает значительный поток рассеяния, который пронизывает дополнительные обмотки 11 и 12 и создает дополнительное индуктивное сопротивление. Так как дополнительные обмотки включены с первичной обмоткой согласно, общее сопротивление первичной и вторичной цепей увеличивается, что при неизменном напряжении питающей сети и неизменном сопротивлении нагрузки приводит к уменьшению тока в первичной обмотке 3 и вторичной обмотке 7.

2. Дополнительные обмотки подключены к первичной обмотке встречно.

В этом случае сопротивление первичной цепи уменьшается, следовательно ток обмоток 3 и 7 увеличивается.

3. Дополнительные обмотки 11 и 12 подключены ко вторичной обмотке согласно.

В этом случае ток вторичной обмотки уменьшается.

4. Дополнительные обмотки подключены ко вторичной обмотке встречно.

В этом случае ток вторичной обмотки увеличивается.

5. Одна из дополнительных обмоток подключена к первичной обмотке согласно, а другая встречно.

Результат такого подключения будет зависеть от того, какое из произведений ампервитков будет преобладать, поскольку воздействие каждой из дополнительных обмоток на ток первичной обмотки будет противоположно.

6. Дополнительная обмотка 11 подключена встречно к первичной обмотке, а дополнительная обмотка 12 подключена встречно ко вторичной обмотке.

В этом случае эффект повышения сварочного тока суммируется.

7. Дополнительная обмотка 11 подключена согласно к первичной обмотке, а дополнительная обмотка 12 подключена согласно ко вторичной обмотке.

В этом случае сварочный ток уменьшается.

В соответствии с изобретением изготовлена установочная партия сварочных трансформаторов, испытание которых подтвердило их преимущество над известными конструкциями.

В качестве средств коммутации во всех возможных вариантах грубой регулировки использованы стандартные перемычки (не показаны). Это незначительно повышает затраты времени на сборку схемы по заданному режиму сварки, но значительно уменьшает стоимость трансформатора в сравнении с применением многопозиционных коммутирующих устройств.

В целях снижения цены трансформаторов в качестве привода перемещения дополнительных обмоток применена простейшая винтовая схема (не показана). Однако эти элементы не подлежат патентной защите и не требуют подробного описания.

Использование: электротехника, в частности электросварка. Сущность изобретения: сварочный трансформатор содержит магнитопровод, на стержнях которого установлены первичная и вторичная обмотки, а на одном или двух ярмах установлены дополнительные регулировочные дисковые обмотки, которые установлены поворотно-подвижно относительно торцов основных обмоток, охватывают ярма по всей длине так, что их витки параллельны продольным осям ярм и шарнирно соединены с магнитопроводом по торцам ярм. Такая конструкция обеспечивает грубое и тонкое регулирование сварочного тока в широком диапазоне при улучшенных массогабаритных характеристиках и снижении себестоимости сварочного трансформатора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сварочный трансформатор, содержащий магнитопровод, на стержнях которого установлены первичная и вторичная обмотки, дополнительную обмотку для регулировки сварочного тока, установленную на ярме параллельно его продольной оси и охватывающую его боковые плоскости и торцы, и средство коммутации, отличающийся тем, что дополнительная обмотка установлена на ярме с возможностью перемещения относительно торцов основных обмоток. 2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что дополнительная обмотка соединена шарнирно с торцом ярма. 3. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительная обмотка выполнена в виде диска.