РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 2003 года по МПК H01F29/10 H01F21/06 H01F38/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, преимущественно к сварочным трансформаторам как самостоятельным единицам электротехнического оборудования, так и входящих в состав других типов источников питания для ручной дуговой сварки. Изобретение касается наиболее распространенного типа сварочного трансформатора с механическим регулированием сварочного тока при использовании подвижного магнитного шунта.

Применение такого вида сварочных трансформаторов по сравнению с трансформаторами с электрическим регулированием сварочного тока позволяет повысить КПД, реализовать более технологичную, компактную конструкцию, обеспечивая при этом быструю и точную регулировку сварочного тока во всем диапазоне регулирования без дополнт существенные недостатки.

В частности, применение магнитного шунта в традиционном исполнении (Оборудование для дуговой сварки. Под ред. В.В. Смирнова. Справочное пособие. - Л.: Энергоатомиздат, 1986 г., стр. 363) в виде клепанного или сварного стержня прямоугольного сечения с приводом от винта, закрепленного на магнитопроводе, вызывает сильную вибрацию и шум аппарата в целом, а главное повышенный нагрев шунта, магнитопровода и обмоток, что приводит к снижению продолжительности сварки в заданном цикле времени (ПН%), не позволяя реально использовать сварочные трансформаторы с таким типом магнитного шунта при номинальных сварочных токах более 300 А. При больших токах эффективной становится регулировка тока с использованием подвижных обмоток.

Известна так же конструкция магнитного шунта, в которой он выполнен в виде клина (Патент США 3689861, Н 01 F 21/06, опубл. 1972 г.). Причем в этом случае клиновидную форму приобретает и окно магнитопровода, в котором перемещается шунт за счет синхронного разворачивания стержней магнитопровода, на которых намотаны первичная и вторичная обмотки. Таким образом, обеспечивается надежная фиксация шунта в различных положениях. Однако при таком способе расклинивания магнитного шунта нарушается целостность магнитопровода в его сечении, что приводит к серьезным ухудшениям рабочих характеристик трансформатора в целом.

Распространены так же трансформаторы, в которых подвижной магнитный шунт состоит из двух частей, закрепленных на общем коромысле, выполненном в виде рессоры, которая обеспечивает расклинивание частей шунта в окнах магнитопровода (Трансформатор ТДМ-180, выпускаемый по ТУ У20732066.061-99.). Такая конструкция разнесенного шунта обеспечивает необходимый эффект по снижению вибрации и температурных нагрузок при малых сварочных токах, но требует применения магнитопровода броневого типа. Применимость трансформаторов с таким типом шунта экономически целесообразна только при небольших сварочных токах до 250 А. При более значительных токах возрастают размеры магнитопровода, вибрации и температурные нагрузки.

Наиболее близким устройством является регулируемый трансформатор, содержащий магнитопровод, выполненный, например, стержневого или броневого типа, первичные и вторичные обмотки, расположенные на магнитопроводе, шунт, расположенный между первичными и вторичными обмотками в окне магнитопровода перпендикулярно ему и выполненный из двух клиновидных элементов, выполненных в продольном сечении в виде прямоугольных трапеций, средство перемещения шунта, подсоединенное к клиновидным элементам с возможностью их взаимного перемещения (Патент Российской Федерации 2136461, В 23 К 9/00, Н 01 F 29/00, опубл. 1999 г.).

В этой конструкции трансформатора магнитный шунт выполнен в виде блока из двух клиновидных призм, соединенных с общей тягой, которая обеспечивает перемещение шунта в окне магнитопровода и его фиксацию за счет взаимного перемещения призм в продольном направлении. В этом трансформаторе удается достигнуть более значительного снижения уровня вибрации, шума, тепловых нагрузок.

Ограничениями устройства являются:
- при больших сварочных токах требуются большие усилия для обеспечения расклинивания и фиксации шунта и, как следствие, большая величина нагрузок на стержни магнитопровода;
- несимметричный характер нагрузки на стержни магнитопровода при расклинивании вследствие взаимодействия двух клиновидных призм, перемещающихся в продольном, а не в поперечном направлении, что вызывает закручивание стержней магнитопровода и находящихся на нем обмоток;
- в связи с перемещением подвижной призмы в продольном направлении относительно внутренней поверхности окна магнитопровода имеет место повреждение и задир пластин стержня магнитопровода и, как следствие, снижение срока эксплуатации устройства;
- увеличение зазоров между стержнями магнитопровода и клиновидными призмами вследствие закручивания стержней магнитопровода.

Решаемая изобретением задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.

Технический результат, который может быть получен при выполнении изобретения, - снижение усилия при больших сварочных токах до 500 А для обеспечения расклинивания и фиксации шунта и снижение нагрузок на стержни магнитопровода; обеспечение симметричного характера нагрузки на стержни магнитопровода при расклинивании с целью исключения закручивания стержней магнитопровода и находящихся на нем обмоток; увеличение сроков эксплуатации за счет исключения повреждения и задира пластин стержня магнитопровода; исключение зазоров между стержнями магнитопровода и магнитным шунтом из-за закручивания стержней магнитопровода.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном регулируемом трансформаторе, содержащем магнитопровод, первичные и вторичные обмотки, расположенные на магнитопроводе, шунт, расположенный между первичными и вторичными обмотками в окне магнитопровода перпендикулярно ему и выполненный из двух клиновидных элементов, выполненных в продольном сечении в виде прямоугольных трапеций, средство перемещения шунта, подсоединенное к клиновидным элементам с возможностью их взаимного перемещения, согласно изобретению введен центрирующий элемент, выполненный в продольном сечении в виде равнобочной трапеции и установленный между клиновидными элементами с возможностью сопряжения и взаимодействия боковых поверхностей центрирующего элемента с наклонными поверхностями клиновидных элементов, при этом средство перемещения шунта выполнено из тяги и из траверсы, концом тяга подсоединена к центрирующему элементу с возможностью его перемещения вдоль продольной оси, а траверса установлена перпендикулярно тяге и кинематически связана с основаниями клиновидных элементов с возможностью перемещения клиновидных элементов в перпендикулярном магнитопроводу направлении при перемещении центрирующего элемента вдоль продольной оси.

За счет выполнения устройства описанным выше образом удалось создать магнитный самоцентрирующийся шунт.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- угол наклона боковых поверхностей центрирующего элемента относительно продольной оси был выполнен в диапазоне от 3 до 20^o;
- средство перемещения шунта было снабжено ходовой гайкой-винтом, установленными в промежутке между концом тяги, подсоединенным к центрирующему элементу, и свободным концом тяги;
- траверса кинематически была связана с основаниями клиновидных элементов посредством штырей, закрепленных на основании каждого из клиновидных элементов и установленных соответственно в пазах, выполненных в траверсе в ее продольном направлении;
- центрирующий элемент был выполнен с нанесенным изолирующим от вихревых токов покрытием.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.

фиг.1 изображает заявленное устройство;
фиг. 2 схематично показывает связь траверсы и клиновидного элемента, вид в круге снизу на фиг.1;
фиг. 3 - то же, что фиг.1, в варианте выполнения трехфазного трансформатора.

Регулируемый трансформатор (фиг.1) содержит магнитопровод 1, выполненный стержневого типа (фиг.1) или броневого типа (фиг.2). Первичные и вторичные обмотки расположены на магнитопроводе 1 обычным образом, например также, как в ближайшем аналоге, и для простоты на чертежах не показаны. Шунт 2 расположен между первичными и вторичными обмотками в окне магнитопровода 1 перпендикулярно ему. Шунт 2 выполнен из двух клиновидных элементов 3. Клиновидные элементы 3 выполнены в продольном сечении в виде прямоугольных трапеций. Средство 4 перемещения шунта 2 подсоединено к клиновидным элементам 3 с возможностью их взаимного перемещения.

В устройство введен центрирующий элемент 5, выполненный в продольном сечении в виде равнобочной трапеции. Центрирующий элемент 5 установлен между клиновидными элементами 3 с возможностью сопряжения и взаимодействия боковых поверхностей центрирующего элемента 5 с наклонными поверхностями клиновидных элементов 3. Средство 4 перемещения шунта 2 выполнено из тяги 6 и из траверсы 7. Концом тяга 6 подсоединена к центрирующему элементу 5 с возможностью его перемещения вдоль продольной оси. Траверса 7 установлена перпендикулярно тяге и кинематически связана с основаниями клиновидных элементов 3. Траверса 7 обеспечивает перемещение клиновидных элементов 3 в перпендикулярном магнитопроводу 1 направлении при перемещении центрирующего элемента 5 вдоль продольной оси.

Угол α (фиг. 1) наклона боковых поверхностей центрирующего элемента 5 относительно продольной оси выполнен в диапазоне от 3 до 20^o.

Средство 4 перемещения шунта 2 снабжено ходовой гайкой-винтом 8, установленными в промежутке между концом тяги 6, подсоединенным к центрирующему элементу 5, и свободным концом тяги 6.

Траверса 7 кинематически связана с основаниями клиновидных элементов 3 просредством штырей 9 (фиг.1-3). Штыри 9 закреплены на основании каждого из клиновидных элементов 3 и установлены соответственно в пазах 10 (фиг.2), выполненных в траверсе 7 в ее продольном направлении.

Для улучшения технических характеристик трансформатора центрирующий элемент 5 выполнен с нанесенным изолирующим от вихревых токов покрытием (на фиг.1, 3 не показано, выполняется обычным образом).

Работает устройство (фиг.1, 3) следующим образом.

Находясь в незажатом состоянии, шунт 2 свободно устанавливается в требуемом положении окна магнитопровода 1, соответствующем выбранному сварочному току, простым перемещением тяги 6 взад - вперед. Последующие вращения тяги 6 по часовой стрелке, которая через ходовые винт-гайку 8 связана с центрирующим элементом 5, вызывает его перемещение вдоль продольной оси. Клиновидные элементы 3 раздвигаются и надежно фиксируют шунт 2 в окне магнитопровода 1. Поворотом тяги 7 против часовой стрелки шунт 2 расфиксируется и готов для установки в новое положение.

Полученный в результате изобретения магнитный самоцентрирующийся шунт выполнен из трех независимых частей: средней части - центрирующего элемента 5 (равнобочного клина с нанесенным изолирующим от вихревых токов покрытием) и двух клиновидных элементов 3, выполняющих функцию боковых зажимов, выполненных в продольном сечении виде прямоугольных трапеций с боковыми скосами по форме клина центрирующего элемента 5. Клиновидные элементы 3 свободно перемещаются под воздействием клина центрирующего элемента 5 в противоположные стороны, причем перемещение центрирующего элемента 5 в продольном направлении относительно боковых зажимов обеспечивает зажатие шунта 2 в проеме окна магнитопровода 1, которое осуществляется за счет применения единой тяги 6, соединенной с центрирующим элементом 5 через винтовую пару: ходовую гайку-винт 8.

Применение единой тяги 5, соединенной только с центрирующим элементом 5 магнитного шунта 2 и выполненной по принципу ходовая гайка-винт 8, обеспечивает быструю установку шунта 2 в требуемом положении и его надежную фиксацию.

Клиновидные элементы 3 выполняют функцию боковых самоцентрирующих зажимов шунта 2 и кинематически соединены между собой траверсой 7, на которую они устанавливаются с помощью штырей 9, выполняющих функцию быстросъемных разъемов. Штыри 9 имеют возможность перемещаться под действием центрирующего элемента 5 в пазах 10 (фиг.2) вдоль траверсы 7. Штыри 9 могут быть установлены в траверсе 7, например, по свободной посадке, и подсоединены к траверсе 7 замковым соединением, шплинтом или любым другим соединением, обеспечивающим подвижность клиновидных элементов 3.

Угол α наклона боковых поверхностей центрирующего элемента 5 относительно его продольной оси для различных типов трансформаторов находится в диапазоне от 3 до 20^o, что обеспечивает оптимальное соотношение усилия расклинивания и хода клина центрирующего элемента 5 при надежной фиксации шунта 2. Сам же принцип фиксации с использованием клина центрирующего элемента 5 и двух боковых зажимов позволяет придать равноценные симметричные нагрузки на стержни магнитопровода 1, исключить скольжение поверхностей клиновидных элементов 3 по магнитопроводу 1 и, таким образом, его повреждение, снижает усилие затяжки шунта 2, позволяет осуществлять надежную фиксацию шунта 2 при сварочных токах до 500 А при минимальной вибрации и нагреве.

Использование изолирующего от вихревых токов покрытия на поверхностях центрирующего элемента 5 значительно уменьшает его нагрев, что особенно важно при больших сварочных токах.

Опытные образцы заявленной конструкции для сварочных токов от 130 до 500 А успешно прошли испытания и обеспечили все заданные технические характеристики.

Наиболее успешно заявленный регулируемый трансформатор промышленно применим в устройствах для ручной дуговой сварки.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в устройствах для ручной дуговой сварки. Технический результат позволяет улучшить технико-эксплуатационные характеристики. Устройство содержит магнитопровод, первичные и вторичные обмотки, шунт, выполненный из двух клиновидных элементов, средство перемещения шунта. Введен центрирующий элемент, выполненный в продольном сечении в виде равнобочной трапеции. Средство перемещения шунта выполнено из тяги и из траверсы. Концом тяга подсоединена к центрирующему элементу с возможностью его перемещения вдоль продольной оси, а траверса установлена перпендикулярно тяге. Траверса кинематически связана с основаниями клиновидных элементов с возможностью перемещения клиновидных элементов в перпендикулярном магнитопроводу направлении при перемещении центрирующего элемента вдоль продольной оси. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулируемый трансформатор, содержащий магнитопровод, первичные и вторичные обмотки, расположенные на магнитопроводе, шунт, расположенный между первичными и вторичными обмотками в окне магнитопровода перпендикулярно ему и содержащий два клиновидных элемента, выполненных в продольном сечении в виде прямоугольных трапеций, и средство перемещения шунта, подсоединенное к клиновидным элементам с возможностью их взаимного перемещения, отличающийся тем, что в шунт введен центрирующий элемент, выполненный в продольном сечении в виде равнобочной трапеции и установленный между клиновидными элементами с возможностью сопряжения и взаимодействия боковых поверхностей центрирующего элемента с наклонными поверхностями клиновидных элементов, при этом средство перемещения шунта выполнено из тяги и из траверсы, концом тяга подсоединена к центрирующему элементу с возможностью его перемещения вдоль продольной оси, а траверса установлена перпендикулярно тяге и кинематически связана с основаниями клиновидных элементов с возможностью перемещения клиновидных элементов в перпендикулярном магнитопроводу направлении при перемещении центрирующего элемента вдоль продольной оси. 2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что угол наклона боковых поверхностей центрирующего элемента относительно продольной оси выполнен в диапазоне 3 - 20^o. 3. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что средство перемещения шунта снабжено ходовой гайкой-винтом, установленными в промежутке между концом тяги, подсоединенным к центрирующему элементу, и свободным концом тяги. 4. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что траверса кинематически связана с основаниями клиновидных элементов посредством штырей, закрепленных на основании каждого из клиновидных элементов и установленных соответственно в пазах, выполненных в траверсе в ее продольном направлении. 5. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что центрирующий элемент выполнен с нанесенным изолирующим от вихревых токов покрытием.