ОДНОФАЗНЫЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/06 H01F38/08 H02M7/145 

Изобретение относится к однофазным сварочным аппаратом для ручной сварки электродами постоянного тока, в которых непрерывность сварочного тока достигается суммированием токов с разными фазами. Разность фаз токов достигается применением фазосдвигающих элементов. Величина разности фаз содержит один из важных параметров дуги эластичность, т.е. способность сохраняться при увеличении дугового промежутка. Отдельные токи дуги имеют разрыва в начале и конце своих полупериодов. При увеличении дугового промежутка увеличивается напряжение горения дуги. При этом ток дуги уменьшается, а разрывы составляющих токов увеличиваются. В случае двух составляющих токов наибольшая длина дуги получается при разности фаз 90^o, когда реализуется наилучшее их перекрытие.

Известен однофазный сварочный аппарат [1] содержащий трансформатор с первичной обмоткой, первой вторичной обмоткой, связанной через первый выпрямительный мост с массой и электродом, второй вторичной обмоткой, связанной через конденсатор со вторым выпрямительным насосом, выход которого соединен параллельно с выходом первого выпрямительного моста. Конденсатор служит фазосдвигающим элементом. Величина сварочного тока меняется переключением числа витков первичной обмотки.

Недостатками прототипа являются: короткая дуга, а также ступенчатое (не плавное) изменение величины сварочного тока.

Причина малой длины дуги при реализации [1] в том, что с помощью конденсатора получить сдвиг фазы в 90^o невозможно, поскольку в цепи присутствуют активные сопротивления обмотки и дуги [2] Максимально возможный сдвиг фазы, как показал эксперимент, проведенный втором изобретения, составляет лишь 60^o. Емкость конденсатора 100 мкФ, напряжение холостого хода 75В, при этом величина тока 10А. Здесь и ниже под величиной тока нужно понимать средний за период ток при номинальной длине дугового промежутка. В [1] ток цепи обмотки, содержащий конденсатор, составляет половину сварочного тока, т.е. существенно больше 10А. Это практически невыполнимо, поскольку такое увеличение тока приведет не только к чрезмерному увеличению емкости, а значит и размеров конденсатора, но, что самое важное, уменьшит сдвиг фазы настолько, что сделает невозможным даже поджиг дуги.

Технические результаты изобретения максимально длинная дуга и плавное регулирование величины сварочного тока.

Указанные технические результаты достигают тем, что однофазный сварочный аппарат, содержащий трансформатор с первичной обмоткой, первой вторичной обмоткой, связанной через выпрямительный мост с массой и электродом, второй вторичной обмоткой, связанной через конденсатор со вторым выпрямительным мостом, выход которого соединен параллельно с выходом первого выпрямительного моста, согласно изобретению снабжен третьей вторичной обмоткой, соединенной с веденным третьим выпрямительным мостом, выход которого соединен параллельно с выходами первого и второго выпрямительных мостов, причем индуктивность рассеяния третьей вторичной обмотки превышает индуктивность рассеяния второй вторичной обмотки, а первый выпрямительный мост выполнен тиристорным.

Вторая вторичная обмотка выполнена с минимально возможной индуктивностью рассеяния (коэффициент связи с первичной обмоткой близок единице (M₂ ≈ 1)). Емкость конденсатора 1000 мкФ. Это максимально возможная с точки зрения практической реализации емкость. Как указано выше, при напряжении холостого хода 75В это дает средний за период ток 10А, а сдвиг фазы составляет 60^o. Третья вторичная обмотка выполнена с большой индуктивностью рассеяния (M₃<1). О степени рассеяния можно судить по величине тока короткого замыкания 50А при напряжении холостого хода 75В. При горении дуги ток цепи данной обмотки составляет 30А. Сдвиг фазы 30^o. Он имеет знак, противоположный сдвигу фазы второй обмотки, так что разность фаз токов цепей второй и третей обмоток составляет 90^o. Вторая вторичная обмотка, как и вторая, выполнена с M₁≈1. Тиристоры первого выпрямительного моста имеют систему управления, позволяющую менять момент включения тиристоров в пределах полупериода.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого сварочного аппарата; на фиг. 2 - приведены осциллографы:
а тока i₂ на выходе второго выпрямительного моста;
б тока i₃ на выходе третьего моста;
в тока i_g "дежурной" дуги, равно алгебраической сумме токов i₂ и i₃ (такой ток реализуется, когда тиристоры первого моста закрыты);
г тока i₁ на выходе первого моста для случая, когда тиристоры открываются с некоторым запозданием относительно начала каждого полупериода; пунктиром показан случай открывания тиристоров в начале каждого полупериода;
д полного сварочного тока, равного алгебраической сумме токов i_i, i_z и i_g.

Сварочный аппарат состоит из первичной обмотки 1, трех вторичных обмоток 2, 3, 4 с соответствующими мостами 5, 6, 7. Коэффициенты связи указанных обмоток с первичной обмоткой: M₁ ≈ 1; M₂ 1; M₃ <1. В цепь обмотки 3 включен конденсатор 8. Выходы мостов соединены между собой параллельно на массу 9 и электрод 10. Система управления тиристорами первого моста на фиг. 1 не показана.

Одинаковый сварочный аппарат работает следующим образом. Небольшие по величине, имеющие относительную разность фаз 90^o, токи на выходах второго (6) и третьего (7) выпрямительных мостов питают "дежурную" дугу, способную при токе 40А (при номинальном дуговом промежутке) сохраняться при увеличении длины дугового промежутка до 30 мм.

Основная доля сварочного тока поступает с выхода первого моста (5). Изменением в пределах полупериода момента открывания тиристоров, плавно регулируется средняя за период величина тока. При этом сварочный ток плавно изменяется от тока "дежурной" дуги до максимума.

Сущность изобретения: однофазный сварочный аппарат содержит трансформатор с первичной обмоткой, первой вторичной обмоткой, связанной через первый выпрямительный мост с массой и электродом, второй вторичной обмоткой, связанной через конденсатор со вторым выпрямительным мостом, выход которого соединен параллельно с выходом первого выпрямительного моста. Сварочный аппарат снабжен третьей вторичной обмоткой, соединенной с третьим выпрямительным мостом, выход которого соединен параллельно с выходами первого и второго выпрямительных мостов, причем индуктивность рассеяния третьей вторичной обмотки превышает индуктивность рассеяния второй обмотки, а первый выпрямительный мост выполнен тиристорным. 2 ил.

Однофазный сварочный аппарат, содержащий трансформатор с первичной обмоткой, первой вторичной обмоткой, связанной через первый выпрямительный мост с массой и электродом, второй вторичной обмоткой, связанной через конденсатор со вторым выпрямительным мостом, выход которого соединен параллельно с выходом первого выпрямительного моста, отличающийся тем, что он снабжен третьей вторичной обмоткой, соединенной с введенным третьим выпрямительным мостом, выход которого соединен с выходами первого и второго выпрямительных мостов, причем индуктивное рассеяние третьей вторичной обмотки превышает индуктивное рассеяние второй вторичной обмотки, а первый выпрямительный мост выполнен тиристорным.