АСИНХРОННЫЙ СВАРОЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2003 года по МПК H02K17/00 H02P9/46 B23K9/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным электрическим машинам с конденсаторным самовозбуждением, и может быть использовано в устройствах ручной дуговой электросварки.

Известна конструкция трехфазного асинхронного электросварочного генератора, которая имеет три трехфазные обмотки [1]. Катушки этих обмоток охватывают пакеты зубцов статора, которые расположены аксиально. По торцам зубцов закреплены два кольцевых ярма. Катушки первой и второй обмоток статора расположены с разных торцевых сторон короткозамкнутого ротора. Одна батарея конденсаторов подключена к первой обмотке, вторая батарея подключена ко второй, а третья батарея конденсаторов включена последовательно в цепь одноименных фаз первой и второй обмоток. Сварочная цепь постоянного тока получает питание от выпрямителя, который подключен к третьей статорной обмотке, расположенной рядом со второй статорной обмоткой.

Существенным недостатком этого генератора являются разветвленная магнитная система, достаточно сложная конструкция и, как следствие, плохие массогабаритные и энергетические показатели.

Известна конструкция асинхронного сварочного генератора с двумя многофазными обмотками на статоре, одна из которых - обмотка возбуждения имеет клеммы для подключения конденсаторной батареи, другая является рабочей и имеет клеммы для подключения к сварочному устройству [2]. Рабочая обмотка смещена на угол α эл. град. относительно обмотки возбуждения по направлению вращения ротора. К фазам обмотки возбуждения подключены первичные обмотки компаундирующего трансформатора, а к одноименным фазам рабочей обмотки - вторичные обмотки этого трансформатора.

Одним из недостатков данного генератора является наличие компаундирующего трансформатора, что приводит к увеличению массы всей сварочной установки и снижению суммарного кпд. Другим недостатком можно считать то, что сопротивление цепи обмотка возбуждения генератора - первичная обмотка компаундирующего трансформатора - батарея конденсаторов зависит от режима работы генератора. При отсутствии нагрузки (холостой ход) сопротивление первичной обмотки компаундирующего трансформатора очень большое, а в режиме короткого замыкания (КЗ) или номинальной нагрузки - очень маленькое. В силу этого становится проблематичным самовозбуждение, а также работа генератора в режиме малых нагрузок и холостого хода (XX). При ручной дуговой сварке генератор вначале работает в режиме XX, затем, после соприкосновения электрода со свариваемой деталью, переходит в режим КЗ, а после зажигания дуги начинает работать в номинальном режиме. Таким образом, трудности, возникающие в режиме XX, делают этот генератор мало пригодным для ручной дуговой сварки. Наличие выключателей, которые в режиме XX шунтируют первичную обмотку компаундирующего трансформатора, не улучшает ситуацию, т.к. они не только усложняют конструкцию генератора, но и должны при каждом цикле сварки замыкать и размыкать свои контакты. Следует отметить, что внешние характеристики генератора не пересекают ось напряжения [2]. Это является косвенным подтверждением сказанного выше.

Прототипом предлагаемого изобретения является бесконтактный сварочный генератор [3]. Этот генератор имеет короткозамкнутый ротор и две трехфазные обмотки на статоре. К первой обмотке через выпрямительное устройство и дроссель подключена нагрузка (дуга). Ко второй обмотке подключены конденсаторы возбуждения, причем выводы этой обмотки могут использоваться для питания потребителей переменного трехфазного напряжения.

Недостатком этого генератора является то, что в режиме холостого хода намагничивающий ток превышает номинальный в несколько раз.

Это связано с тем, что для обеспечения номинальной индукции в зазоре генератора в режиме XX требуется одно значение емкости конденсаторов, а в режиме КЗ или нагрузки - другое, причем большее. Поэтому при фиксированной емкости конденсаторов, которая выбрана для работы с номинальной нагрузкой, переход в режим XX сопровождается увеличением намагничивающего тока и значительным насыщением магнитной системы генератора.

Следует отметить, что этот недостаток присущ и асинхронному генератору обычной конструкции. Применение быстродействующего регулятора реактивной мощности, способного решить эту задачу, приведет к значительному усложнению генераторной установки, уменьшит ее надежность и увеличит массу.

Технические результаты, которые обеспечивает заявленное изобретение, заключаются в уменьшении электрических потерь и в повышении кпд за счет уменьшения размагничивающего действия сварочного тока рабочей обмотки.

Указанные технические результаты достигаются тем, что асинхронный сварочный генератор с двумя трехфазными обмотками на статоре, одна из которых - обмотка возбуждения имеет клеммы для подключения конденсаторов возбуждения, другая является рабочей обмоткой, причем начала фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения шунтирующих конденсаторов и выпрямителя, к выходу которого подключен сварочный электрод, а концы фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник.

Электрическая схема асинхронного сварочного генератора представлена на фиг. 1. Кривые реактивной мощности, электрических потерь в обмотках и напряжения в функции тока нагрузки для простого генератора, прототипа и заявленного генератора представлены на фиг.2. На фиг.3 приведены внешние характеристики генератора при различных значениях емкости компаундирующих конденсаторов.

В пазы статора асинхронного сварочного генератора уложены обмотка возбуждения 1 и рабочая обмотка 2 (фиг.1). Генератор имеет короткозамкнутый ротор 3 обычной конструкции. Число витков обмотки возбуждения 1 выбирается таким образом, чтобы обеспечить оптимальное использование конденсаторов возбуждения 4, которые подключены к клеммам 1U1, 1V1, 1W1. Число витков рабочей обмотки 2 зависит от схемы выпрямления и требуемого напряжения холостого хода на сварочном электроде (<100 В). К концу фаз рабочей обмотки 2, т.е. к клеммам 2U2, 2V2, 2W2, подключены компаундирующие конденсаторы 5, которые соединены в треугольник. Такое подключение компаундирующих конденсаторов 5 позволило уменьшить емкость компаундирующих конденсаторов в три раза по сравнению с классической схемой включения, когда компаундирующие конденсаторы включаются последовательно в цепь между началом обмотки (2U1, 2V1, 2W1) и нагрузкой. К началу фаз рабочей обмотки, т.е. к клеммам 2U1, 2V1, 2W1, подключены шунтирующие конденсаторы 6 и выпрямитель 7, к которому подключен сварочный электрод 8. Шунтирующие конденсаторы 6 предназначены для улучшения динамических характеристик генератора.

Генератор работает следующим образом. При вращении ротора 3 приводным двигателем (двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель) остаточный поток наводит ЭДС в обмотках статора. Под действием этой ЭДС в конденсаторах 4 возникает емкостный ток, который, протекая по обмотке возбуждения 1, увеличивает поле в зазоре, что в свою очередь приводит к увеличению ЭДС и т.д. Лавинообразный процесс нарастания ЭДС (асинхронное самовозбуждение) завершается при насыщении генератора. В обмотках 1, 2 устанавливаются напряжения, которые пропорциональны числу витков соответствующих обмоток и величине емкости конденсаторов возбуждения 4. Ток XX, а следовательно, и электрические потери XX генератора зависят от емкости конденсаторов возбуждения 4. При уменьшении сопротивления нагрузки напряжение рабочей обмотки 2 уменьшается, ток возрастает вплоть до КЗ. При этом увеличение тока нагрузки сопровождается увеличением реактивной мощности компаундирующих конденсаторов 5, поэтому генератор не теряет возбуждения и устойчиво работает при КЗ. При сбросе нагрузки энергия компаундирующих конденсаторов 5 рассеивается по цепи, которую создают шунтирующие конденсаторы 6.

На фиг. 2 представлены результаты расчета генератора с двумя обмотками статора, прототипа и предлагаемого генератора. Расчеты осуществлены в относительных единицах при условии, что генераторы имеют одинаковые параметры, емкости конденсаторов и одинаковые магнитные потери. Обычный генератор с двумя обмотками статора при КЗ теряет возбуждение (-------). Прототип работает в режиме КЗ благодаря значительному индуктивному (или активному) сопротивлению в цепи рабочей обмотки, для этого в выпрямительную цепь введен сглаживающий дроссель. При расчете прототипа эта особенность учитывалась путем увеличения индуктивности в цепи рабочей обмотки (_______). Как видно из фиг.2, реактивная мощность (Q) обычного генератора и прототипа с ростом тока нагрузки уменьшается, а электрические потери в обмотках изменяются мало. Результаты расчета характеристик предлагаемого генератора свидетельствуют о том, что он не теряет возбуждение при КЗ, реактивная мощность (суммарная) с ростом тока нагрузки увеличивается. Электрические потери в генераторе значительно меньше потерь в прототипе (ΔP), а следовательно, кпд выше, т.е. предлагаемый генератор позволяет получить заявленные технические результаты. Регулирование сварочного тока осуществляется путем изменения емкости компаундирующих конденсаторов.

Соответствующие внешние характеристики асинхронного сварочного генератора при различных значениях емкости компаундирующих конденсаторов и одинаковых значениях емкости остальных конденсаторов представлены на фиг.3.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент RU 2111599, H 02 K 17/00. Трехфазный асинхронный электросварочный генератор. /А-З. Р. Джендубаев. - 95121876/09; 26.12.95. Опубл. 20.05.98. Бюл. 14.

2. А.с. СССР 1798863, Н 02 К 17/00. Асинхронный сварочный генератор./ П. И. Костраускас, В.-Ю.А. Жалис, А.К. Кулакаускас, Л.П. Лемежонене, С.Ю. Маразас, С. А. Диржас, А. И. Лаужадис, А.В. Паштукас. - 4845636/07. Заяв. 23.04.90. Опубл. 28.02.93. Бюл. 8.

3. Патент ГДР 237406, H 02 K 47/10. Burstenljser schweib generator. /Julke Edmund, Dassel Jurgen; VEB Mansfeld - Kombinat Wilhelm Pick. ¹2763853. Заявл. 16.05.85, опубл. 09.07.86.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электросварке. В асинхронном сварочном генераторе в пазы его статора уложены обмотка возбуждения и рабочая обмотка. Асинхронный генератор имеет короткозамкнутый ротор обычной конструкции. К клеммам обмотки возбуждения подключены конденсаторы возбуждения, к клеммам рабочей обмотки - компаундирующие конденсаторы, которые соединены в треугольник, шунтирующие конденсаторы и выпрямитель, к которому подключен сварочный электрод. Шунтирующие конденсаторы предназначены для улучшения динамических характеристик генератора. 3 ил.

Асинхронный сварочный генератор с двумя трехфазными обмотками на статоре, одна из которых - обмотка возбуждения имеет клеммы для подключения конденсаторов возбуждения, другая является рабочей обмоткой, отличающийся тем, что начала фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения шунтирующих конденсаторов и выпрямителя, к выходу которого подключен сварочный электрод, а концы фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник.