СВАРОЧНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2002 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к электросварочному оборудованию к может быть использовано во многих областях народного хозяйства в полевых условиях.

Известны сварочные агрегаты, содержащие двигательно-генераторную установку с трехфазным выпрямителем, который одним выводом подсоединен к держателю электродов, а другим - к сварочному столу, при этом одна из выходных обмоток генератора через регулятор тока подсоединена к его обмотке возбуждения; этот регулятор тока содержит трансформаторы напряжения и трансформатор тока с выпрямителями и резисторами. У указанного генератора возбуждение осуществляется за счет остаточной энергии, накопленной в магнитном поле ротора [1].

Такие агрегаты просты, надежны, однако высокое качество сварочного шва при работе с ними получить затруднительно. Это объясняется тем, что для получения, например, жесткой внешней характеристики генератора, питающего дугу, или необходимого наклона этой характеристики регулятор должен содержать блоки обратной связи. В упомянутых сварочных агрегатах такие блоки отсутствуют.

Кроме того, для обеспечения высокого качества сварки сварочный агрегат должен иметь высокое быстродействие при переходе к режиму сварки как от режима холостого хода, так и от режима короткого замыкания (на выходе генераторной установки). Совместить по быстродействию эти характеристики затруднительно, поскольку в режиме короткого замыкания при идеальных диодах трехфазного выпрямителя напряжение на обмотках генератора близко к нулю, а следовательно, отсутствует ток возбуждения. Скорость возвращения из этого режима в рабочий режим сварки определяется как быстродействием системы управления, так и динамическими характеристиками системы "двигатель-генератор".

Последнего недостатка лишены сварочные агрегаты, содержащие двигатель внутреннего сгорания (ДВС), механически связанный с трехфазным генератором переменного тока с выпрямителем, аккумуляторную батарею и регулятор тока (напряжения) [2, 3, 4]. Выходы выпрямителя подключены к держателю электродов и сварочному столу. В таких агрегатах напряжение возбуждения не пропадает в режиме короткого замыкания, что обеспечивает максимальное быстродействие при возвращении системы в рабочий режим.

Недостатком таких сварочных агрегатов является то, что они громоздки и сложны в эксплуатации, так как в них применяются аккумуляторные батареи, у которых возникает множество неисправностей: окисление выводов, трещины в мастике и крышках аккумуляторов, ускоренный саморазряд, сульфатация пластин, короткое замыкание пластин и др.

В качестве прототипа использован сварочный агрегат по патенту 1814600 SU [4]. Этот агрегат построен на базе двигателя внутреннего сгорания и содержит трехфазный генератор переменного тока с внешним возбуждением и диодным выпрямителем, который подключен через контакты коммутатора к регулятору напряжения заряда аккумулятора, клеммам электродержателя, при этом выпрямитель трехфазного генератора подключен к буферному конденсатору и ограничителю напряжения, состоящему из газоразрядного индикатора, который через конденсатор, шунтированный ползунком заземленного потенциометра, соединен с управляющим электродом полупроводникового ключа, включенного между выпрямителем генератора и аккумулятором, который через переменный резистор подключен к регулятору напряжения заряда и к обмотке возбуждения генератора, а через контакты коммутатора аккумулятор соединен с анодом диода; подключенного катодом к выпрямителю генератора, клемме злектрододержателя и другому контакту коммутатора.

Данное техническое решение имеет ряд существенных недостатков - это сложность системы и невозможность использования в автономном режиме (без системы электроснабжения автомобиля, включающей в себя аккумулятор).

Целью предлагаемого изобретения является упрощение и расширение функциональных возможностей сварочного агрегата.

Поставленная цель достигается тем, что сварочный агрегат имеет ключ для остановки двигателя, преобразователь электрической энергии, содержащий разделительный трансформатор, и магнето с выходом, к которому подключен ключ для установки двигателя и диодный ключ, подсоединенный к преобразователю электрической энергии, подключенному к обмотке возбуждения трехфазного генератора, к которой подключен регулятор напряжения или тока. Исключение из сварочного агрегата аккумулятора и коммутатора, включенного в силовую цепь, позволяет упростить сварочный агрегат и делает возможным его использование в автономном режиме, что является новизной и изобретательским уровнем.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема сварочного агрегата, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Сварочный агрегат состоит из генератора переменного тока 1 с трехфазным выпрямителем, двигателя внутреннего сгорания 2 с магнето 3, включающим в себя индуктивный накопитель 4 с прерывателем 5 и конденсатором 6, ключа 7, диодного ключа 8, преобразователя электрической энергии 9, регулятора тока или напряжения 10.

Двигатель 2 кинематически связан с генератором 1 и магнето 3. Один вывод высоковольтной (вторичной) обмотки индуктивного накопителя 4 через распределитель подсоединен к свечам зажигания двигателя 2, а другой его вывод через первичную обмотку накопителя подключен к корпусу магнето 3. К точке соединения первичной и вторичной обмоток подключены одни выводы прерывателя 5 и конденсатора 6; другие их выводы подсоединены к корпусу магнето 3. К этой же точке или части высоковольтной обмотки (в зависимости от марки магнето) подключен один вывод ключа 7, предназначенного для остановки двигателя, и один вывод диодного ключа 8. Другой вывод ключа 7 подсоединен к корпусу магнето, а другой вывод диодного ключа 8 - к входу преобразователя электрической энергии 9. Преобразователь электрической энергии 9 может иметь один или несколько выходов. При наличии только одного выхода он может быть подключен к обмотке возбуждения основного генератора 1 непосредственно или через регулятор тока или напряжения 10. Если блок регулирования тока или напряжения 10 содержит блоки обратной связи, не имеющие между собой гальванической связи, то питание этих блоков электроэнергией осуществляется от дополнительных выходов преобразователя электрической энергии 9. Выходные обмотки генератора 1 через трехфазный выпрямитель подключены к держателю электродов и сварочному столу.

В качестве преобразователя электрической энергии могут быть использованы как однотактные, так и двухтактные преобразователи, содержащие разделительный трансформатор, например, магнитно-транзисторный мультивибратор, содержащий трансформатор 11. На трансформаторе расположены коллекторные обмотки, выходные обмотки и обмотки положительной обратной связи. Управляющие входы транзисторов подсоединены к обмоткам положительной обратной связи, а их коллекторы - к крайним выводам коллекторных обмоток. Средний вывод этих обмоток подключен к выводу ключа 8 и к накопительному конденсатору фильтра.

Агрегат работает следующим образом. При вращении вала двигателя внутреннего сгорания происходит замыкание и размыкание прерывателя 5. В течение интервала t₁, соответствующего замкнутому состоянию прерывателя 5, в индуктивном накопителе 4 магнето 3 накапливается электромагнитная энергия. С момента размыкания прерывателя 5, в течение интервала времени t₂, соответствующего его разомкнутому состоянию, индуктивность накопителя 4 совместно с конденсатором 6 образует LC-контур, в котором в момент размыкания прерывателя 5 возникают электромагнитные колебания. Первый с момента размыкания прерывателя 5 положительный выброс напряжения используется в двигателе для получения в его свечах искры, которая горит в течение времени t₁ (фиг. 2). Отрицательные выбросы напряжения выпрямляются диодным ключом 8 и поступают в накопительный конденсатор фильтра. На этом конденсаторе образуется практически постоянное напряжение. На выходных обмотках магнитно-транзисторного мультивибратора формируются прямоугольные импульсы напряжения, которые после выпрямления поступают на обмотку возбуждения генератора 1, обеспечивая его возбуждение.

Выбор режима работы сварочного агрегата осуществляется регулятором тока или напряжения 10.

Таким образом, для возбуждения генератора используется не энергия аккумулятора, а электромагнитная энергия магнето, обычно бесполезно расходуемая на активных элементах LC-контура.

Для получения качественного сварного шва сварочные агрегаты содержат в своей структуре блоки обратной связи по току дуги или напряжению на ней. Для обеспечения их работоспособности (например, в режиме короткого замыкания) эти блоки целесообразно питать от дополнительных выходов преобразователя электрической энергии 9, что позволяет получить максимальное быстродействие при переходе от режима короткого замыкания к режиму сварки.

Остановка двигателя производится замыканием ключа 7. При этом электромагнитные колебания, обеспечивающие получение искры в свечах, не возникают.

Данный сварочный агрегат с упрощенной конструкцией позволяет использовать его в полевых условиях и повысить эксплуатационные характеристики.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1 Сварка в машиностроении/ Ю.Н. Зорин. Справочник. Т. 4. - М.: Машиностроение, 1979.

2 US, Патент 4808842, кл. Н 02 Р 9/30 "Сварочный агрегат", 1989.

3 US, Патент 4853557, кл. Н 02 Р 7/16 "Сварочный агрегат", 1989.

4 Патент 1814600, SU, кл. В 23 К 9/00, 9/10 "Автомобильный сварочный агрегат" авторов: А.Л. Шпади и С.Л. Шпади, БИ 17 за 1993 (прототип).

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к электросварочному оборудованию, и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства. Двигатель (2) внутреннего сгорания кинематически связан с трехфазным генератором (1) переменного тока, содержащим трехфазный выпрямитель переменного тока. Один выход трехфазного выпрямителя подключен к держателю электродов, другой - к сварочному столу. Преобразователь (9) электрической энергии содержит разделительный трансформатор (11). Магнето (3) имеет выход, к которому подключен ключ (7) для остановки двигателя, и диодный ключ (8), подсоединенный к преобразователю электрической энергии (9), подключенному к обмотке возбуждения трехфазного генератора (1), к которой подключен регулятор (10) напряжения или тока. Преобразователь электрической энергии (9) имеет один выход, через который подключен к регулятору (10) напряжения и тока. Кроме того, преобразователь электрической энергии снабжен выходами, один из которых подключен к обмотке возбуждения, а другие - к регулятору (10) напряжения или тока. Простота конструкции агрегата позволяет использовать его в полевых условиях с обеспечением высокого качества сварки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сварочный агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания, кинематически связанного с трехфазным генератором переменного тока, содержащим трехфазный выпрямитель, один выход которого подключен к держателю электродов, второй - к сварочному столу, регулятор напряжения или тока и диодный ключ, отличающийся тем, что он имеет ключ для остановки двигателя, преобразователь электрической энергии, содержащий разделительный трансформатор, и магнето с выходом, к которому подключен ключ для остановки двигателя и диодный ключ, подсоединенный к преобразователю электрической энергии, подключенному к обмотке возбуждения трехфазного генератора, к которой подключен регулятор напряжения или тока. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что преобразователь электрической энергии имеет один выход, через который подключен к регулятору напряжения и тока. 3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что преобразователь электрической энергии снабжен выходами, один из которых подключен к обмотке возбуждения, а другие - к регулятору напряжения или тока.