УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ Российский патент 2001 года по МПК B23K9/09 

Устройство относится к области сварки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [1], состоящее из сварочного трансформатора, встречно-параллельных тиристоров в цепи его первичной обмотки, схемы управления тиристорами и конденсатора, подключенного параллельно вторичной обмотке.

Повторное зажигание дуги у данного устройства сопровождается разрядом конденсатора непосредственно на дуговой промежуток. Это вызывает разбрызгивание расплавленного металла, что в свою очередь снижает качество сварки. Кроме того, действующее значение напряжения на дуговом промежутке в режиме исключенного холостого хода существенно превышает безопасное значение - 12 В. Это не позволяет использовать устройство в опасных с точки зрения поражения током помещениях. Попытки снизить напряжение путем уменьшения емкости конденсатора безуспешны. Запирание тиристоров остается устойчивым, но при этом нарушается повторное зажигание дуги из-за очень быстрого разряда емкости на дуговой промежуток.

Предлагаемое устройство состоит из сварочного трансформатора, встречно-параллельных тиристоров, включенных в цепь его первичной обмотки, схемы управления тиристорами и конденсатора, подключенного параллельно дополнительной обмотке трансформатора.

При работе устройства в режиме холостого хода схема управления тиристорами открывает тот из тиристоров, к которому приложено положительное напряжение. Сетевое напряжение прикладывается к первичной обмотке трансформатора. Начинается заряд конденсатора от дополнительной обмотки. Причем заряд конденсатора происходит через индуктивное сопротивление рассеяния магнитного потока L сварочного трансформатора. Как известно из теории переходных процессов (включение L-C цепи под напряжение), конденсатор в ходе переходного процесса заряжается до двойного мгновенного значения сетевого напряжения, приведенного к числу витков дополнительной обмотки. С окончанием заряда ток, протекающий через тиристор, прекратится, и он закроется. После заряда конденсатора следует его разряд на дополнительную обмотку. Причем напряжение на конденсаторе, приведенное к числу витков первичной обмотки, направлено встречно сетевому напряжению и превышает сетевое напряжение в 2 раза (из-за переходного процесса). Поэтому в течение значительного промежутка времени, пока напряжение на конденсаторе, приведенное к числу витков первичной обмотки, не сравняется с сетевым напряжением, к тиристору будет приложено обратное напряжение, необходимое для надежного запирания тиристора.

Таким образом, в режиме холостого хода тиристор будет открываться только на очень короткий промежуток времени и затем будет закрыт обратным выбросом напряжения. В результате на вторичной обмотке присутствуют лишь кратковременные импульсы напряжения длительностью ≈300 мкс - имеющие действующее значение не выше 12 В.

При подключении нагрузки к цепи вторичной обмотки (режим сварки) напряжение на вторичной обмотке падает до дугового. В результате этого снижается и напряжение заряда конденсатора. Напряжение на конденсаторе, приведенное к числу витков первичной обмотки, уже не может достичь сетевого. Тиристор не закроется. Устройство будет работать как при обычном тиристорном регулировании.

При обрыве дуги уже в следующем полупериоде тиристорное регулирование сменяется импульсным режимом холостого хода, характеризующимся действующим значением напряжения на вторичной обмотке не более 12 В. Таким образом, устройство работает аналогично прототипу, однако в процессе повторного зажигания разряд конденсатора на дуговой промежуток происходит не непосредственно на дуговой промежуток, а через индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора, образованное дополнительной и вторичной обмотками. Это существенно снижает скорость разряда конденсатора, исключает разбрызгивание расплавленного металла, а также позволяет снизить действующее значение напряжения холостого хода до безопасного значения (12 В) путем уменьшения емкости конденсатора.

Предлагаемое устройство отвечает требованию "новизна", поскольку имеет новые признаки: дополнительную обмотку; подключение конденсатора параллельно дополнительной обмотке;
Именно указанное сочетание признаков обеспечивает устройству новые свойства, не очевидные:
- отсутствие разбрызгивания расплавленного металла.

- снижение действующего значения напряжения холостого хода до безопасного значения - 12 В.

Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлен сварочный трансформатор 1. В цепь первичной обмотки трансформатора включены встречно-параллельные тиристоры 2 со схемой управления тиристорами 3. Конденсатор 4 подключен к дополнительной обмотке 5.

Устройство работает следующим образом.

В режиме холостого хода схема управления тиристорами выдает кратковременный импульс на включение тиристоров 2. Тот из тиристоров 2, к которому приложено прямое напряжение, открывается. На первичную обмотку сварочного трансформатора 1 подается сетевое напряжение. Оно трансформируется на дополнительную обмотку 5 и обеспечивает заряд конденсатора 4. Конденсатор заряжается до двойного сетевого напряжения, приведенного к числу витков дополнительной обмотки. Двойного - из-за наличия индуктивности рассеяния магнитного потока в цепи заряда конденсатора. Это вытекает из теории переходного процесса включения цепи L-C под напряжение. Как только заряд конденсатора 4 заканчивается, прекращается ток, протекающий через тиристор. После заряда конденсатора 4 следует его разряд на дополнительную обмотку 5. При этом на первичной обмотке наводится напряжение, превышающее сетевое в 2 раза и направленное встречно сетевому напряжению. Поэтому к тиристору будет приложено обратное напряжение. Это обеспечит запирание тиристоров. Таким образом, в режиме исключенного холостого хода тиристоры будут открываться только кратковременно, при этом действующее значение выходного напряжения будет не более 12 В.

При работе под нагрузкой напряжение на вторичной обмотке резко снижается до дугового. При этом снижается и напряжение на конденсаторе. Оно становится недостаточным для запирания тиристоров 2. Имеет место обычное тиристорное регулирование.

При повторном зажигании дуги исключается разряд конденсатора непосредственно на дуговой промежуток. Поэтому отсутствует разбрызгивание расплавленного металла. Благодаря более длительному разряду конденсатора на дуговой промежуток процесс повторного зажигания становится более стабильным. Это позволяет снизить емкость конденсатора (или число витков дополнительной обмотки). При этом существенно снижается действующее значение напряжения холостого хода - до безопасного значения - 12 В.

Устройство было испытано с использованием серийно выпускаемого трансформатора ТДМ 259 с клиновым магнитным шунтом. Напряжение питающей сети 380 В; напряжение вторичной обмотки на холостом ходу - 65 В.

Трансформатор был переделан. Магнитный шунт был удален. Был добавлен тиристорный регулятор [1]. Дополнительная обмотка состояла из 8 витков провода ПВ - 1,5 мм². Конденсатор МБГО 160 В; 20 мкФ.

При работе устройства в режиме холостого хода амплитуда выходных импульсов составила 170 В. Длительность до 300 мкс. Действующее значение вторичного напряжения не превышало 12 В.

Источники информации:
1. Патент N 2032506 "Устройство для сварки" Гуков Д.В.

Изобретение относится к области сварки и может найти применение при дуговой сварке плавящимся или неплавящимся электродом при изготовлении сварных конструкций в различных отраслях промышленности. Сварочный трансформатор включает три обмотки: первичную, вторичную и дополнительную. Первичная обмотка подключена к сетевому напряжению. В цепь первичной обмотки последовательно включены антипараллельные тиристоры. Вторичная обмотка соединена с дуговым промежутком. Параллельно дополнительной обмотке подключен конденсатор. Благодаря такой конструкции устройства исключается разбрызгивание металла и обеспечивается безопасное действующее значение напряжения холостого хода 12 В. 1 ил.

Устройство для сварки, содержащее сварочный трансформатор, встречно-параллельные тиристоры, включенные в цепь его первичной обмотки, схему управления тиристорами и конденсатор, отличающееся тем, что сварочный трансформатор имеет дополнительную обмотку, а конденсатор подключен параллельно этой обмотке.