СВАРОЧНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1999 года по МПК B23K9/06 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для сварки изделий в полевых условиях штучными электродами.

Известен источник питания [1], содержащий статор с трехфазной обмоткой, ротор с основной и дополнительной обмотками возбуждения, трехфазный мостовой выпрямитель с устройством регулирования напряжения. Недостатком данного синхронного генератора является жесткая внешняя характеристика, затрудняющая производство сварочных работ. Недостатком этого устройства является сложность и, следовательно, малая надежность как при производстве, так и в эксплуатации.

Наиболее близким по техническому решению является сварочный синхронный генератор по патенту [2].

Известный генератор, содержащий основную и дополнительную обмотки статора, смещенные относительно друг друга на 90 эл.град., основную и дополнительную обмотки возбуждения, два трехфазных мостовых выпрямителя с конденсатором фильтра на выходе, регулирующий элемент управления, выпрямитель обратной связи и делитель напряжения, дополнительно содержит согласующий трансформатор с трехфазной токовой обмоткой и трехфазной обмоткой напряжения, силовой выпрямитель и трансформатор тока. Основным недостатком этого сварочного генератора является большая металлоемкость, малая технологичность конструкции из-за наличия большого количества элементов, сборки и эксплуатации, т.е. в конечном итоге значительная сложность и низкая надежность.

Целью изобретения является упрощение конструкции, повышение показателей надежности, получение необходимой крутопадающей характеристики, пригодной для питания сварочной дуги, а также улучшение динамических свойств системы с нелинейной зависимостью сопротивления проводящих вентилей выпрямителей от тока.

Цель изобретения достигается тем, что в сварочный синхронный генератор, содержащий основную и дополнительную трехфазные обмотки статора, смещенные друг относительно друга на 90 эл.град., основную и дополнительные обмотки возбуждения, трехфазный мостовой выпрямитель, регулирующий элемент с дискретной схемой управления, однофазный выпрямитель обратной связи, дополнительно включен дроссель со сталью, силовой выпрямитель, основная трехфазная обмотка статора соединена в "треугольник", дополнительная трехфазная обмотка статора соединена в "звезду" и через трехфазный мостовой выпрямитель соединена с основной обмоткой возбуждения ротора, дополнительная обмотка возбуждения ротора соединена с основной обмоткой возбуждения и через регулирующий элемент с дискретной схемой управления соединена с отрицательными выводами выпрямителя обратной связи. Дроссель со сталью включен в разрыв одной из фаз силовой обмотки статора и силового выпрямителя. Вход однофазного выпрямителя обратной связи подключен параллельно обмотке дросселя со сталью, а положительный вывод подключен к положительному выводу трехфазного выпрямителя.

Принципиальная схема сварочного синхронного генератора изображена на чертеже. Сварочный синхронный генератор (ССГ) содержит статор 1 с основной обмоткой 2, соединенной в "треугольник", выводы обмотки, один из которых соединен последовательно с дросселем со сталью 3, соединены с силовым выпрямителем 4, дополнительная обмотка 5 статора 1 соединена в "звезду", свободные выводы которой соединены с трехфазным мостовым выпрямителем 6, через трехфазный выпрямитель соединена с дополнительной обмоткой возбуждения 7 ротора 8. Основная обмотка возбуждения 9 одним выводом соединена с дополнительной обмоткой возбуждения 7 ротора 8, другим - с положительным выводом трехфазного мостового выпрямителя 6, через регулирующий элемент 10 (например, транзистор с дискретной схемой управления 11), отрицательными выводами выпрямителя обратной связи 12, и силового выпрямителя 4. Основная 2 и дополнительная 5 обмотки статора 1 смещены одна относительно другой на 90 эл. град.

Устройство работает следующим образом.

Начальное самовозбуждение ССГ получает за счет постоянных магнитов и за счет остаточной намагниченности ротора и статора, ЭДС наводится в трехфазных обмотках 2 и 5. ЭДС дополнительной трехфазной обмотки 5 выпрямляется трехфазным мостовым выпрямителем 6 и прикладывается к основной обмотке возбуждения 9. Происходит возбуждение генератора, и с выводов основной обмотки 2 статора переменное трехфазное напряжение поступает на силовой выпрямитель 4 сварочной цепи, где выпрямляется, достигая предельного значения. При этом дополнительная обмотка возбуждения 7 ротора 8 никакого влияния на параметры генератора не оказывает. При холостом ходе генератора сварочный ток (ток нагрузки) будет равен нулю. Это будет соответствовать моменту перед началом возбуждения дуги. Поскольку ток равен нулю, падение напряжения на дросселе со сталью 3 также будет равно нулю. В результате этого напряжение силового выпрямителя 4 будет полностью на дуге.

При замыкании сварочных электродов 13 появляется ток в основной обмотке 2 статора, сварочной цепи, благодаря которому на дросселе со сталью 3 будет падение напряжения тем больше, чем больше будет величина сварочного тока. ЭДС катушки дросселя 13 выпрямляется выпрямителем обратной связи 12 и поступает на дополнительную обмотку возбуждения 7 ротора 8. Здесь реализуется обратная связь по току сварки. В момент размыкания сварочных электродов 13 возникает электрическая дуга, идет процесс сварки. За счет тока нагрузки и ЭДС катушки дросселя 3 в дополнительной обмотке возбуждения 7 ротора 8 постоянно присутствует ток возбуждения, пропорциональный току сварки.

Когда процесс сварки прекращается, устройство переходит в режим холостого хода, напряжение возрастает до величины, заданной параметрами схемы.

Наличие обратных связей по току сварки через дроссель со сталью повышает быстродействие генератора, что улучшает горение дуги, формирует необходимую внешнюю характеристику генератора.

Если пренебречь влиянием вихревых токов и гистерезиса в сердечнике дросселя, то процессы, происходящие в цепи, математически можно описать следующим дифференциальным уравнением:

где U и f - действующие значения напряжения на входе цепи и его частота;
t - время;
i и R - мгновенное значение тока и активное сопротивление цепи;
ω и S - количество витков и поперечное сечение магнитопровода дросселя;
B - мгновенное значение индукции в сердечнике магнитопровода.

Авторами испытан макет предложенного устройства в различных эксплуатационных режимах. При этом переменное трехфазное напряжение с выводов основной обмотки статора 2 составило 45-50 В, выпрямленное напряжение выпрямителя 4 достигало 75-90 В, а ток сварки 100-200 А.

Таким образом, предложенное устройство практически осуществимо, обладает повышенным быстродействием за счет обратных связей по току сварки через дроссель со сталью, что улучшает качество горения дуги, является более простым по сравнению с прототипом, т.е. более надежным в условиях эксплуатации.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1358732 кл. B 23 K 9.00, 1987.

2. Патент РФ N 2049616 МКИ B 23 K 9/06, 1995. Бюл. N 34.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для сварки изделий в полевых условиях штучными электродами. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в упрощении устройства, улучшении показателей надежности. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее основную и дополнительную трехфазные обмотки статора, смещенные друг относительно друга на 90 эл. град., основную и дополнительную обмотки возбуждения ротора, трехфазный мостовой выпрямитель, однофазный выпрямитель обратной связи, дополнительно введен дроссель со сталью и силовой выпрямитель, основная обмотка статора соединена "треугольником", один из выводов основной обмотки соединен последовательно с дросселем и силовым выпрямителем, два других вывода - с упомянутым силовым выпрямителем, дополнительная трехфазная обмотка статора соединена в "звезду" и через трехфазный мостовой выпрямитель соединена с основной обмоткой возбуждения ротора, дополнительная обмотка которого соединена с упомянутой основной обмоткой через однофазный выпрямитель обратной связи и дроссель со сталью - с положительными выводами силового выпрямителя. 1 ил.

Сварочный синхронный генератор, содержащий основную и дополнительную трехфазную обмотки статора, смещенные друг относительно друга на 90 эл.град. , основную и дополнительную обмотки возбуждения ротора, трехфазный мостовой выпрямитель, однофазный выпрямитель обратной связи, силовой выпрямитель, причем дополнительная трехфазная обмотка статора соединена в "звезду" и с трехфазным мостовым выпрямителем, а дополнительная обмотка возбуждения ротора одним выводом соединена с одним из выводов возбуждения ротора, отличающийся тем, что он снабжен дросселем со сталью, причем основная обмотка статора соединена в "треугольник", один из выводов основной обмотки соединен с силовым выпрямителем через дроссель со сталью, а два других - непосредственно, выходы трехфазного основного выпрямителя соединены с основной обмоткой возбуждения ротора, одна из диагоналей моста однофазного выпрямителя обратной связи соединена с выводами дросселя со сталью, а другая диагональ - с выводами дополнительной обмотки возбуждения ротора.