УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПРОЦЕССАХ Российский патент 1999 года по МПК G05F1/02 H05B7/144 B23K9/06 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах регулирования электрических характеристик дуги в электросварке, плазменных процессах, газоразрядных приборах, включая источники света, и других отраслях.

Известен высоковольтный стабилизированный источник напряжения постоянного тока, включающий трансформатор, вход которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а выход - с клеммами для подключения нагрузки, дроссель, подключенный к выводу первичной обмотки трансформатора, и другие электрические элементы [1].

Решая задачу повышения надежности, известное устройство отличается значительной сложностью, а область его применения ограничена высоковольтной аппаратурой, что не позволяет применить его, например, в сварочной технике.

Устройства для регулирования напряжения в электродуговых процессах занимают особое место в области сварки.

Известны однофазные сварочные выпрямители, в конструкции которых используются различные схемы регулировки рабочего напряжения [2]. Из них следует отметить выпрямитель, включающий два связанных между собой источника питания: основной и вспомогательный, индуктивность на выходе вспомогательного источника питания и тиристорный регулятор для плавной настройки источника питания.

Данное устройство было практически реализовано и испытано. Испытания показали, что включение выпрямителя в сеть вызывает ее перегрузку, а качество сварки является недостаточно высоким и очень сильно зависит от качества электродов. Более того, применение выпрямителя ограничено областью сварки.

Также известно устройство для регулирования напряжения при электродуговой сварке, содержащее источник переменного напряжения, связанный с выпрямителем, два последовательно соединенных конденсатора и два дросселя, один из которых связан с общей точкой конденсаторов, при этом последние подключены к выводам выпрямителя и связаны с нагрузкой, один - непосредственно, а другой - через второй дроссель [3]. Устройство примечательно тем, что может быть использовано не только в сварке, но также, вообще, в системах регулирования электрических характеристик дуги.

К недостаткам данного устройства следует отнести необходимость смены параметров дросселя и конденсаторов при изменении сварочного тока в широких пределах, например, от 40 А до 400 А и нестабильность напряжения зажигания при регулировке рабочего тока. Кроме этого, при уменьшении рабочего тока, достигаемого снижением подводимого к выпрямителю напряжения, происходит уменьшение напряжение зажигания, иногда оказывающееся недостаточным для устойчивого процесса зажигания или горения дуги. При больших значениях тока (например, в сварке на токах более 300 А) напряжение зажигания становится избыточным, что влечет за собой увеличение опасности поражения электрическим током обслуживающего персонала.

Задачей, решаемой изобретением является повышение надежности и безопасности работы, а также расширение технологических возможностей известного устройства.

Техническим результатом будет повышение безопасности и стабильности электродуговых процессов при регулировке величины рабочего тока в электросварке, создании и поддерживании процесса горении плазмы, газоразрядных процессах и т. д.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для регулирования напряжения в электродуговых процессах, содержащее источник переменного напряжения, соединенный посредством выводов с выпрямителем, батарею из по меньшей мере одной пары последовательно соединенных конденсаторов и по меньшей мере два дросселя, из которых второй и каждый последующий соединены с общими точками соответствующей пары конденсаторов, при этом последние подключены к выводам выпрямителя и соединены с нагрузкой, один из пары - непосредственно, а другой - через первый дроссель, источник переменного напряжения выполнен с тремя группами выводов, из которых выводы первой группы - общие, выводы второй группы - выводы минимального напряжения, выводы третьей группы - выводы рабочего напряжения, при этом устройство снабжено по меньшей мере одним регулирующим трансформатором, причем у каждого из регулирующих трансформаторов первый вывод первичной обмотки соединен с одним из выводов минимального напряжения источника переменного напряжения, а второй вывод первичной обмотки - с одним из выводов рабочего напряжения, а первый вывод вторичной обмотки каждого из регулирующих трансформаторов через второй или каждый последующий дроссель - с общей точкой соответствующей пары конденсаторов, а второй вывод вторичных обмоток - со вторым выводом первичной обмотки соответственно каждого из регулирующих трансформаторов.

Кроме этого выводы рабочего напряжения источника переменного напряжения снабжены по меньшей мере одним переключателем, выполненным с возможностью плавного и/или ступенчатого регулирования напряжения; источник переменного напряжения выполнен в виде по меньшей мере одного трансформатора; источник переменного напряжения выполнен в виде по меньшей мере одного генератора; источник переменного напряжения выполнен одно- или многофазным.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана электрическая схема устройства для регулирования напряжения в электродуговых процессах с однофазным источником переменного напряжения; на фиг.2 и фиг.3 -то же самое с двух - и трехфазным источником переменного напряжения; на фиг.4 показаны кривые изменения напряжения U во времени t в зависимости от технологических режимов на нагрузке.

Устройство для регулирования напряжения в электродуговых процессах содержит источник переменного напряжения 1, соединенный посредством выводов с выпрямителем 2, батарею из по меньшей мере одной пары последовательно соединенных конденсаторов 3 и 4 и по меньшей мере два дросселя 5 и 6. Второй дроссель 6 соединен с общей точкой 7 конденсаторов 3 и 4, при этом последние подключены к выводам выпрямителя 2 и соединены с нагрузкой 8 - конденсатор 3 - непосредственно, а конденсатор 4 - через первый дроссель 5. Источник, переменного напряжения 1 выполнен с тремя группами выводов 9, 10 и 11, из которых выводы первой группы - общие 9, выводы второй группы - выводы минимального напряжения 10, которые определяют напряжение холостого хода, выбираемое исходя из его оптимального значения, с учетом требований техники безопасности и экономической целесообразности, а выводы третьей группы - выводы рабочего напряжения 11, при этом устройство снабжено по меньшей мере одним регулирующим трансформатором 12, причем у каждого из регулирующих трансформаторов первый вывод 13 первичной обмотки 14 соединен с одним из выводов минимального напряжения 10 источника переменного напряжения 1, а второй вывод 15 первичной обмотки 14 - с одним из выводов рабочего напряжения 11, а первый вывод 16 вторичной обмотки 17 через второй 6 или каждый последующий дроссель - с общей точкой 7 конденсаторов 3 и 4 или других, а второй вывод 18 вторичной обмотки 17 - со вторым выводом 15 первичной обмотки 14 соответственно каждого из регулирующих трансформаторов 12 и одним из выводов рабочего напряжения 11, который, в свою очередь снабжен или может быть снабжен переключателем 19, выполненным с возможностью плавного (например, тиристорное [2]) или ступенчатого ( отводы от витков вторичной обмотки 20 трансформатора 21 ), или плавно - ступенчатого регулирования напряжения.

Источник переменного напряжения 1 может быть выполнен в виде одного 21 или нескольких 23 и 24 генераторов, а также может быть выполнен одно - (фиг. 1) или многофазным (фиг.2 и 3). Кроме этого варианты выполнения источника переменного напряжения 1 могут включать, например, два трансформатора с общим сердечником, или один трехфазный трансформатор с раздельными сердечниками, или любые другие сочетания, ограничением в выборе которых может быть лишь экономическая целесообразность и массогабаритные характеристики.

Устройство работает следующим образом.

Исходное переменное напряжение, величина которого соответствует напряжению горения дуги, снимаемое с общего вывода 9 и вывода рабочего напряжения 11 источника переменного напряжения 1 подается на входы выпрямителя 2. Напряжение с вывода минимального напряжения 10 и вывода рабочего напряжения 11 источника питания 1 подается на первичную обмотку 14 регулирующего трансформатора 12. Со вторичной обмотки 17 напряжение поступает через второй дроссель 6 на общую точку 7 конденсаторов 3 и 4 и на вывод рабочего напряжения 11 источника переменного напряжения 1, благодаря чему напряжение обмотки 17 алгебраически складывается с рабочим напряжением и, в зависимости от фазировки первичной 14 и вторичной 17 обмоток регулирующего трансформатора 12, увеличивается или остается постоянным. Постоянство напряжения на вторичной обмотке 17 обеспечивается за счет режима вычитания при изменении напряжения на выводе рабочего напряжения 11 (например, при регулировке сварочного тока), следствием чего является постоянное напряжение зажигания дуги.

Соотношение витков первичной 14 и вторичной 17 обмоток регулирующего трансформатора 12 позволяет обеспечить некоторое увеличение напряжения зажигания или его снижение при увеличении или снижении тока дуги, величина которого определяется технологическими требованиями к условиям протекания электродугового процесса. Кроме этого, подбором величины параметров второго дросселя 6, можно установить требуемую величину заряда-разряда конденсаторов 3 и 4 и, в совокупности с регулирующим трансформатором 12, обеспечить постоянство или изменение по выбранному заранее закону величины напряжения холостого хода источника переменного напряжения 1 и крутизну падающей характеристики.

Следует отметить случай, когда один из переключателей 19 напряжения установлен в положение, когда общее напряжение, подаваемое на первичную обмотку 14 одного из регулирующих трансформаторов 12 равно нулю или столь мало, что не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на общий процесс протекания дугового процесса - см. фиг. 2. В этом случае регулировка параметров электродугового процесса будет происходить за счет одного регулирующего трансформатора 12, а в общем схема будет просто неэкономичной. Такую ситуацию следует рассматривать как исключение из общего правила.

Проиллюстрируем технологические параметры работы устройства на примере ручной электродуговой сварки плавящимся электродом по схеме фиг. 1 как наиболее типичным.

Напряжение на входе источника питания 1 U_сети = 220 В. Напряжение на выходе источника питания 1 будет равно: на выводах 9-10 - U_9-10 = 23 В; на выводах 9-11 - U_9-11 = 23 -35 В; соответственно напряжение на выводах 10-11 изменяется в пределах U_10-11 = 0-12 В с интервалом регулировки Δ U = 2 В. Напряжение холостого хода и напряжение зажигания равны U_хх= U_заж = 65 В.

Ток сварки зависит от требований технологического процесса и выбирается в пределах J_св. = 80-350 A, a напряжение сварки U_св. связано с током сварки J_св. следующим соотношением:
U_св. = 20 + 0,4 J_св.

В рамках вышеприведенных параметров процесс сварки отличается стабильностью, экономичностью и безопасностью. Таким образом, использование изобретения позволяет получить надежное и безопасное устройство автоматического регулирования напряжения в электродуговых процессах, область применения которого включает сварку, обработку материалов плазмой, газоразрядные приборы и другие.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1170439, G 05 F 1/00, 1985.

2. Косович В. А., Лапин И.Е. и Седых B.C. Анализ электрических схем однофазных сварочных выпрямителей. Сварочное производство. -1985, N 1, с. 28-30.

3. Патент СССР N 1790475, B 23 K 9/06, 1993.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах регулирования электрических характеристик дуги в электросварке, плазменных процессах, газоразрядных приборах, включая источники света и других отраслях. Техническим результатом является расширение технологических возможностей, повышение надежности и безопасности известных устройств. Источник переменного напряжения устройства выполнен с тремя группами выводов, из которых выводы первой группы общие, при этом устройство снабжено по меньшей мере одним регулирующим трансформатором, причем у каждого из них первый вывод первичной обмотки соединен с одним из выводов минимального напряжения источника, а второй вывод первичной обмотки - с одним из выводов рабочего напряжения, первый вывод вторичной обмотки через второй или каждый последующий - с общей точкой конденсаторов, а второй вывод вторичной обмотки - с вторым выводом первичной обмотки соответственно каждого из регулирующих трансформаторов. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для регулирования напряжения в электродуговых процессах, содержащее источник переменного напряжения, соединенный посредством соответствующих выводов с выпрямителем, батарею из по меньшей мере одной пары последовательно соединенных конденсаторов и по меньшей мере два дросселя, из которых второй и каждый последующий соединены с общими точками соответствующей пары конденсаторов, при этом последние подключены к выводам выпрямителя и соединены с нагрузкой, один из пары непосредственно, а другой через первый дроссель, отличающееся тем, что источник переменного напряжения выполнен с тремя группами выводов, из которых выводы первой группы общие, выводы второй группы - выводы минимального напряжения, выводы третьей группы - выводы рабочего напряжения, при этом устройство снабжено по меньшей мере одним регулирующим трансформатором, причем у каждого из регулирующих трансформаторов первый вывод первичной обмотки соединен с одним из выводов минимального напряжения источника переменного напряжения, а второй вывод первичной обмотки - с одним из выводов рабочего напряжения, первый вывод вторичной обмотки каждого из регулирующих трансформаторов через второй и каждый последующий соответствующий дроссель - с общей точкой соответствующей пары конденсаторов, а второй вывод вторичных обмоток - с вторым выводом первичной обмотки соответственно каждого из регулирующих трансформаторов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выводы рабочего напряжения источника переменного напряжения снабжены по меньшей мере одним переключателем, выполненным с возможностью плавного и/или ступенчатого регулирования напряжения. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что источник переменного напряжения выполнен в виде по меньшей мере одного трансформатора. 4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что источник переменного напряжения выполнен в виде по меньшей мере одного генератора. 5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что источник переменного напряжения выполнен одно- или многофазным.