УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B23K9/06 

Изобретение относится к универсальным источникам питания, обеспечивающим производство сварочных работ на переменном или постоянном токе в полевых условиях штучными электродами, а также снабжение электроэнергией силовой и осветительной нагрузок различного значения.

Известны сварочные синхронные генераторы по [1].

Известный генератор имеет якорь с трехфазовой обмоткой, обмотку возбуждения, устройство регулирования тока возбуждения и силовой выпрямитель. В обмотку возбуждения поступает выпрямленное пульсирующее напряжение, периодически спадающее до нуля.

В каждый период пульсирующего напряжения происходит заряд конденсатора RC-цепи до величины напряжения, определяемой пороговым элементом.

Однако регулирование величины сварочного тока производится за счет изменения постоянной времени RC-цепи, что отрицательно сказывается на внешней характеристике генератора. С другой стороны, обмотка возбуждения питается от основного выпрямителя, что также влияет на динамические свойства источника.

Известно также устройство [2] - синхронный сварочный генератор, содержащий основную и дополнительную обмотки статора, основную и дополнительную обмотки возбуждения ротора, мостовой выпрямитель, выпрямитель обратной связи, снабженный дросселем со сталью, причем соединения обмоток с дросселем соответствуют трехфазной системе.

Однако описанное выше устройство не обладает универсальностью и достаточно сложно.

Наиболее близким по техническому решению является универсальный сварочный генератор по [3].

Известное устройство содержит основную и дополнительную трехфазовые обмотки статора генератора, смещенные относительно друг друга на 90 эл.град, основную и дополнительную обмотки возбуждения, первый и второй трехфазные мостовые выпрямители с конденсатором фильтра на выходе последнего, регулирующий элемент с дискретной схемой управления, выпрямитель обратной связи, делитель напряжения дополнительно содержит переключатель режима работы (со сварки на питание силовой нагрузки), согласующий трансформатор, силовой выпрямитель и трансформатор тока, при этом основная трехфазная обмотка статора выполнена из параллельных секций с возможностью соединять их последовательно в "звезду" и в "треугольник", секции через контакты переключателя режима работы, три первичных обмотки согласующего трансформатора и первичную обмотку трансформатора тока соединены с силовым выпрямителем.

Токовая трехфазная обмотка согласующего трансформатора через контакты переключателя режима работы соединена с силовой обмоткой статора и одновременно через трехфазный мостовой выпрямитель соединена с дополнительной обмоткой ротора, основная обмотка возбуждения ротора соединена с дополнительной обмоткой и через регулируемый элемент - с дискретной схемой управления.

Основным недостатком прототипа является значительная сложность конструкции в отношении перехода схемы на соответствующий режим работы с помощью переключателя, низкая надежность щеточных контактов, обеспечивающих электрическое соединение элементов схемы обмоток статора и ротора, сложность электрической схемы, включающей в себя три трехфазных мостовых выпрямителя, согласующий трансформатор, трансформатор тока и другие элементы, резко увеличивающие стоимость подобных универсальных источников.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности универсального источника питания, пригодного для питания сварочной дуги, требующей наличия крутопадающих внешних характеристик и жесткой характеристики, пригодной для питания двигательной и осветительных нагрузок.

Поставленная задача достигается тем, что универсальный сварочный источник питания, содержащий основную сварочную и низковольтную нагрузки обмотки статора, электрически не связанные между собой, обмотки ротора, выпрямители и емкость, отличающееся тем, что в него введены обмотка возбуждения статора, электрически не связанная с основной сварочной обмоткой и обмоткой низковольтной нагрузки, и дроссель с отпайками, при этом обмотка возбуждения статора сдвинута относительно основной сварочной обмотки и обмотки низковольтной нагрузки на 120 эл.град и замкнута на емкость, дроссель включен последовательно с основной сварочной обмоткой, а обмотки ротора электрически не связаны и замкнуты каждая на выпрямитель, выполненный в виде диода.

На чертеже представлена схема устройства. Оно содержит статор 1 с основной сварочной обмоткой 2, обмоткой низковольтной нагрузки 3 электрически не связанных между собой и занимающих две трети пазов статора, обмотки возбуждения 4, замкнутой на емкость 5, с другой стороны основная сварочная обмотка 2 соединена последовательно с обмоткой дросселя 6 с отпайками, обеспечивающего легкое зажигание сварочной дуги и устойчивое ее горение в процессе сварки, с другой стороны обмотка низковольтной нагрузки 3 соединена с однофазным автоматом 7, коммутирующим силовую цепь и осуществляющим защиту от перегрузок и коротких замыканий, обмотки 8, 9 ротора 10 замкнуты на выпрямительные диоды 11, 12. Основная сварочная обмотка 2 и обмотка низковольтной нагрузки 3 сдвинуты на угол 120 эл. градусов.

Устройство работает следующим образом. При определенной скорости вращения за счет остаточной намагниченности ротора 9 и статора 1 ЭДС наводится в обмотке возбуждения 4.

Отпайки дросселя 6 подключены к переключателю 13 и позволяют дискретно устанавливать тот или иной уровень переменного (и постоянного) напряжения. Выход переключателя 13 подключен к выпрямителю 14, выполненному, например, по схеме Греца с выходом 15, выход 16 является выходом низковольтной нагрузки.

Наведение электрических токов в данном случае происходит при помощи переменных магнитных полей возбуждения, при этом обеспечивается синхронность и синфазность между движением токоведущих проводников и изменением магнитного поля. Параметры цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление R, в части индуктивности L и емкости C подобраны таким образом, что в ней возбуждается электрический ток, без изменения оммического сопротивления, т.е. без коммутации переменного тока в постоянный. При отсутствии емкости в цепи переменного тока самовозбуждение без коммутации невозможно. При самовозбуждении используется нелинейность кривой намагничивания стали.

При возбуждении генератора универсального ИП в обмотке ротора 9 наводится ЭДС, где с помощью диода 12 создается однонаправленный ток, создающий однонаправленное магнитное поле. С другой стороны, однонаправленное магнитное поле наводит независимые ЭДС в основной сварочной обмотке 2 и обмотке низковольтной нагрузки 3, которые соответственно можно использовать для проведения сварочных работ, питания ручного электроинструмента, нагревательных, осветительных и бытовых приборов. Во всех режимах работы обмотки универсального ИП используются по номинальной нагрузке, что качественно отличает предлагаемое устройство от известных.

Экспериментальный образец устройства испытан в лабораторных и полевых условиях. Испытания в лабораторных и полевых условиях показали, что при заданной мощности источника сварка от основной сварочной обмотки может производиться штучными электродами на переменном токе в пределах 70-210 А или через выпрямитель на постоянном токе в тех же пределах. При питании двигательной и осветительной нагрузок от холостого хода до номинальной величины от обмотки низковольтной нагрузки, напряжение меняется на ней в пределах 6%.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо.

Таким образом, предложенное устройство практически осуществимо, значительно проще по сравнению с прототипом, т.е. более надежно в условиях эксплуатации, обладает универсальностью (возможно питание как цепи переменного, так и постоянного тока).

Кроме того, выходные напряжения при применении нагрузки от нуля до максимального значения в определенной степени стабилизированы. Устройство позволяет получить крутопадающую характеристику, необходимую для сварки.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1333496 МКИ B 23 K 9/00, 1987 г.

2. Патент РФ 2130369 МКИ B 23 K 9/06, 1999 г.

3. Патент РФ 2049616 МКИ B 23 K 9/06, 1993 г.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для производства сварочных работ на постоянном и переменном токе в полевых условиях, а также как источник нагрузок различного назначения. Основная сварочная обмотка и обмотка низковольтной нагрузки электрически не связаны между собой. Обмотка возбуждения статора сдвинута относительно основной сварочной обмотки и обмотки низковольтной нагрузки на 120 эл. град. и замкнута на емкость. Дроссель с отпайками, регулирующими величину сварочного тока, включен последовательно с основной сварочной обмоткой. Обмотки ротора электрически не связаны между собой и каждая замкнута на выпрямительный диод. Универсальный источник позволяет питать как цепи постоянного, так и переменного тока, получить крутопадающую характеристику, необходимую для сварки. Кроме того, выходное напряжение при изменении нагрузки в определенной степени стабилизировано. 1 ил.

Универсальный сварочный источник питания, содержащий основную сварочную и низковольтной нагрузки обмотки статора, электрически не связанные между собой, обмотки ротора, выпрямители и емкость, отличающийся тем, что в него введены обмотка возбуждения статора, электрически не связанная с основной сварочной обмоткой и обмоткой низковольтной нагрузки, и дроссель с отпайками, при этом обмотка возбуждения статора сдвинута относительно основной сварочной обмотки и обмотки низковольтной нагрузки на 120 эл. град. и замкнута на емкость, дроссель включен последовательно с основной сварочной обмоткой, а обмотки ротора электрически не связаны и замкнуты каждая на выпрямитель, выполненный в виде диода.