СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВАРОЧНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B23K9/06 B23K9/95 

Заявляемое изобретение относится к электротехнике, в частности к системам регулирования электрических величин сварочных генераторов.

Широко известен способ формирования внешних характеристик сварочного генератора за счет падения напряжения на внутреннем индуктивном сопротивлении самой электрической машины (электрическая машина с мягкой внешней характеристикой) и регулируемой подпитки ее обмотки возбуждения током, пропорциональным напряжению на зажимах обмотки статора, и при нагрузке током, пропорциональным току статора.

Этот способ реализован в вентильном генераторе постоянного тока, представляющем собой двухпакетную индукторную синхронную машину, выполненную на частоту 150...400 Гц [1].

Для такого способа характерны недостаточно надежное начальное возбуждение при холостом ходе, низкая скорость переходных процессов при нагрузке, сложность и низкая надежность схемы переключения диапазонов сварочного тока, низкий кпд, принципиальная невозможность использования сварочного генератора для питания освещения, электроинструментов и другого технологического оборудования.

Известен способ формирования внешних характеристик сварочного генератора, заключающийся в использовании электрической машины с жесткой внешней характеристикой и получении падения напряжения на внешних индуктивных сопротивлениях, т.е. дросселях, включенных в рассечку сварочной обмотки статора генератора, при этом обмотку возбуждения генератора подпитывают от дополнительной обмотки статора регулируемым током, пропорциональным напряжению дополнительной обмотки статора, и при нагрузке током, пропорциональным току нагрузки.

По этому способу выполнен сварочный генератор постоянного тока, содержащий явнополюсную синхронную машину с контактными кольцами, соединенными через один выпрямитель с дополнительной обмоткой статора генератора и через другой выпрямитель - с дополнительной обмоткой дросселя, включенного в рассечку основной обмотки статора генератора; дополнительная обмотка дросселя выполняет функцию компаундирующего трансформатора; форму внешних характеристик изменяют переключением отводов дополнительной обмотки статора генератора и отводов дополнительной обмотки дросселя [2].

На статоре генератора имеются также дополнительные обмотки для питания освещения, электроинструментов и другого технологического оборудования напряжением частотой 50 Гц.

К недостаткам этого способа следует отнести недостаточную плавность, сложность и низкую эксплуатационную надежность системы регулирования внешних характеристик сварочного генератора, наличие контактных колец, щеток и переключателя, который должен быть рассчитан на ток обмотки возбуждения генератора, что ограничивает величину сварочного тока.

Кроме того, наличие дополнительных обмоток на статоре и выполнение дросселя на частоту 50 Гц увеличивают размеры, массу и стоимость сварочного генератора.

Известен также способ формирования сварочных характеристик, отличающийся от предыдущего тем, что сварочный ток регулируют подмагничиванием дросселя от регулирующего устройства токов возбуждения генератора и подмагничивания дросселя, причем питание этого устройства осуществляют от дополнительной обмотки статора.

Этот способ реализован в универсальном сварочном генераторе постоянного тока, содержащем дроссели с подмагничиванием, включенные в рассечку сварочной обмотки статора генератора, при этом обмотки подмагничивания дросселей и возбуждение генератора подключены через регулирующее устройство к дополнительной обмотке статора генератора; кроме того, на статоре генератора имеется еще одна дополнительная обмотка для питания технологического оборудования напряжением частотой 50 Гц [3].

Недостаток известного способа и устройства заключается в снижении надежности статора, на котором размещены несколько независимых обмоток различного назначения, увеличении его размеров, массы и стоимости, усложнении конструкции; выполнение генератора на частоту 50 Гц увеличивает размеры, массу и стоимость дросселей, увеличивает мощность их управления, сужает диапазон регулирования сварочного тока.

Цель изобретения заключается в повышении надежности, уменьшении размеров, массы, стоимости и упрощении конструкции сварочного генератора за счет уменьшения количества обмоток статора и изменения питания цепи возбуждения генератора и цепи подмагничивания дросселей, а также создании многопостового сварочного генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования внешних характеристик сварочного генератора в виде синхронной машины с обмоткой возбуждения возбудителя, обмоткой статора, в рассечку которой включены дроссели с цепью подмагничивания и регулировочным элементом, при котором питание в цепь подмагничивания дросселей подают от зажимов статора через регулировочный элемент, напряжение на обмотку возбуждения возбудителя подают от независимого источника постоянного напряжения через регулировочный элемент обмотки возбуждения и управляют регулировочным элементом дросселей через дополнительный регулировочный элемент от зажимов обмотки статора или от независимого источника постоянного напряжения.

Поставленная цель достигается также тем, что сварочный генератор в виде синхронной машины, состоящей из обмотки возбуждения возбудителя, обмотки статора, в рассечку которой включены дроссели с цепью подмагничивания и регулировочным элементом дросселей, имеет регулировочный элемент, через который на обмотку возбуждения возбудителя подают напряжение от независимого источника постоянного напряжения; цепь подмагничивания дросселей подключена к зажимам обмотки статора синхронной машины; магнитный усилитель используется в качестве регулировочного элемента дросселей; обмотка управления магнитного усилителя через дополнительный регулировочный элемент подключена к зажимам независимого источника постоянного напряжения; указанная обмотка возбуждения подключена к выходу выпрямителя, соединенного входом со вторичной обмоткой компаундирующего трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в рассечку одной из фаз статора генератора; имеется переключатель пределов сварочного тока, посредством которого шунтирована часть регулировочного элемента обмотки возбуждения; синхронная машина выполнена на повышенную частоту; к зажимам обмотки статора подключено трансформаторно-выпрямительного устройства в виде трансформатора с выпрямителем, с выходом которого соединены розетки для питания технологического оборудования; на статоре синхронной машины расположены “n”, где “n”>1 изолированных обмоток по числу сварочных постов, к зажимам каждой из которых подключен комплект аппаратуры для формирования внешних характеристик; компаундирующий трансформатор тока содержит “n”, где “n”>1, первичных обмоток, каждая из которых включена в рассечку фазы одной из изолированных обмоток статора.

Именно изменение схемы питания цепей возбуждения генератора и подмагничивания дросселей, а также использование трансформаторно-выпрямительного устройства для питания технологических нужд потребителя обеспечивает, согласно способу, уменьшение количества обмоток статора до одной и тем самым достигается цель изобретений.

Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию “новизна”. При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию “существенные отличия”.

Пример осуществления способа.

Пример 1. Однопостовой сварочный генератор постоянного тока 60-550 А.

В соответствии с заявляемым способом были изготовлены образцы сварочного генератора по схеме, представленной на фиг.1, на основе синхронной машины 1, состоящей из обмотки возбуждения возбудителя 2, трехфазной обмотки статора, в рассечку которой включены дроссели 3 с цепью подмагничивания и регулировочным элементом дросселей 4; генератор имеет также регулировочный элемент обмотки возбуждения 5, через который на обмотку возбуждения возбудителя 2 подают напряжение от независимого источника постоянного напряжения 6 (например, зарядного генератора приводного двигателя внутреннего сгорания); цепь подмагничивания дросселей подключена через выпрямитель 7 и регулировочный элемент дросселей 4 к зажимам обмотки статора синхронной машины; в качестве регулировочного элемента дросселей использован магнитный усилитель 4; обмотка управления магнитного усилителя 4 подключена через дополнительный регулировочный элемент (потенциометр) 9 к независимому источнику постоянного напряжения 5; обмотка возбуждения возбудителя 2 подключена к выходу выпрямителя 10, соединенного входом со вторичной обмоткой компаундирующего трансформатора тока 11, первичная обмотка которого включена в рассечку одной из фаз сварочной обмотки статора генератора; сварочный генератор имеет переключатель пределов сварочного тока 12, посредством которого шунтирована часть регулировочного резистора 5; синхронная машина 1 выполнена на повышенную частоту 400 Гц; к зажимам обмотки статора подключено трансформаторно-выпрямительное устройство 13 в виде трехфазного трансформатора с выпрямителем, с выходом которого соединены розетки для питания технологического оборудования.

Сварочный генератор работает следующим образом.

Напряжение холостого хода на выходных зажимах сварочного генератора (60 В - для диапазона сварочного тока 60-350 А или 70 В - для диапазона сварочного тока 90-550 А) устанавливают путем изменения сопротивления регулировочного резистора 5 для каждого диапазона сварочного тока (при различных положениях шунтирующего контакта переключателя пределов 12).

Величину сварочного тока регулируют путем изменения величины тока подмагничивания магнитного усилителя 4 потенциометром 9.

Степень компаундирования подбирают для диапазона 90-550А, 70 В такой, чтобы при изменении сварочного тока в пределах диапазона отклонение напряжения на зажимах обмотки статора генератора не превышало ±10 В. Это необходимо для обеспечения работы технологического оборудования, подключенного к трансформаторно-выпрямительному устройству.

Такой сварочный генератор имеет круто падающие характеристики, т.е. обеспечивает устойчивый процесс сварки штучными электродами, а также питание технологических нужд потребителя от трансформаторно-выпрямительного устройства.

Кроме того, имеется возможность получения жестких характеристик при напряжениях холостого хода 5-24 В (путем регулирования возбуждения резистором 5) для полуавтоматической сварки. Жесткие внешние характеристики получают путем шунтирования дросселей с подмагничиванием 3. При этом возможны также запуск авто- и тракторных двигателей и зарядка аккумуляторных батарей.

Дистанционное регулирование сварочного тока обеспечивается путем введения в схему дополнительного резистора, расположенного на выносном пульте дистанционного управления (ПДУ), и переключателя “Местное - дистанционное регулирование” на панели управления сварочного генератора, отключающего потенциометр 9 и подключающего ПДУ.

Использование предлагаемого способа формирования внешних характеристик сварочного генератора позволяет по сравнению с существующим существенно расширить область применения сварочного генератора, повысить надежность статора, уменьшить размеры, массу (или повысить мощность при тех же размерах и массе), снизить стоимость, упростить конструкцию сварочного генератора за счет изменения схемы питания цепи возбуждения генератора и цепи обмотки подмагничивания дросселя, уменьшения количества обмоток и их выводов.

Использование отдельного трансформаторно-выпрямительного устройства для питания технологического оборудования позволяет дополнительно повысить надежность, уменьшить массу и стоимость, расширить область применения при сохранении потребительской ценности сварочного генератора.

Пример 2. Двухпостовой сварочный генератор постоянного тока 2×300 А.

На основе предлагаемого способа был также изготовлен образец двухпостового сварочного генератора постоянного тока, схема которого представлена на фиг.2, отличающийся от однопостового сварочного генератора, описанного выше, тем, что на статоре синхронной машины расположены две изолированные обмотки по числу сварочных постов, к зажимам каждой из которых подключен комплект аппаратуры (дроссель с подмагничиванием 3, магнитный усилитель 4 с выпрямителем 7, потенциометр 9) для формирования внешних характеристик; компаундирующий трансформатор тока 11 содержит две первичные обмотки, каждая из которых включена в рассечку фазы одной из изолированных обмоток статора генератора 1.

Этот генератор обеспечивает одновременную работу обоих сварочных постов.

Использование предлагаемого способа формирования внешних характеристик позволяет создать ряд многопостовых сварочных генераторов и получить существенный экономический эффект за счет снижения стоимости сварочных агрегатов и экономии топлива при их эксплуатации.

Источники информации

1. Оборудование для дуговой сварки. Справочное пособие под редакцией В.В.Смирнова, глава 10. Ленинград, 1986.

2. Приложение 1. Проспект фирмы Leroy Somer “Soudage - welders EW-DS”.

3. Приложение 2. Проспект фирмы Месс alte spa “STV 28-500”.

Изобретения относятся к электротехнике, в частности к системам регулирования электрических величин сварочных генераторов, и могут найти применение в сварочной технике. Осуществляют формирование внешних характеристик сварочного генератора в виде синхронной машины с обмоткой возбуждения возбудителя, обмоткой статора, в рассечку которой включены дроссели с цепью подмагничивания и регулировочным элементом. Питание в цепь подмагничивания дросселей подают от зажимов статора через регулировочный элемент. Напряжение на обмотку возбуждения возбудителя подают от независимого источника постоянного напряжения через регулировочный элемент обмотки возбуждения. Управляют регулировочным элементом дросселей через дополнительный регулировочный элемент от зажимов обмотки статора или от независимого источника постоянного напряжения. Способ позволяет уменьшить количество обмоток статора до одной. Сварочный генератор в виде синхронной машины состоит из обмотки возбуждения возбудителя, обмотки статора, в рассечку которой включены дроссели с цепью подмагничивания и регулировочным элементом дросселей, и регулировочного элемента, через который на обмотку возбуждения возбудителя подают напряжение от независимого источника постоянного напряжения. Генератор такой конструкции имеет меньшую массу, габариты при сохранении надежности в работе и технических характеристик. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ формирования внешних характеристик сварочного генератора в виде синхронной машины с обмоткой возбуждения возбудителя, обмоткой статора, в рассечку которой включены дроссели с цепью подмагничивания и регулировочным элементом, при котором питание в цепь подмагничивания дросселей подают от зажимов статора через регулировочный элемент, отличающийся тем, что напряжение на обмотку возбуждения возбудителя подают от независимого источника постоянного напряжения через регулировочный элемент обмотки возбуждения и управляют регулировочным элементом дросселей через дополнительный регулировочный элемент от зажимов обмотки статора или от независимого источника постоянного напряжения.2. Сварочный генератор в виде синхронной машины, состоящий из обмотки возбуждения возбудителя, обмотки статора, в рассечку которой включены дроссели с цепью подмагничивания и регулировочным элементом дросселей, отличающийся тем, что он имеет регулировочный элемент, через который на обмотку возбуждения возбудителя подают напряжение от независимого источника постоянного напряжения.3. Сварочный генератор по п.2, отличающийся тем, что цепь подмагничивания дросселей подключена к зажимам обмотки статора синхронной машины.4. Сварочный генератор по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что в качестве регулировочного элемента дросселей использован магнитный усилитель.5. Сварочный генератор по п.4, отличающийся тем, что обмотка управления магнитного усилителя подключена через дополнительный регулировочный элемент к зажимам независимого источника постоянного напряжения.6. Сварочный генератор по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что указанная обмотка возбуждения подключена к выходу выпрямителя, соединенного входом со вторичной обмоткой компаундирующего трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в рассечку одной из фаз статора генератора.7. Сварочный генератор по любому из пп.2-6, отличающийся тем, что он имеет переключатель пределов сварочного тока, посредством которого шунтирована часть регулировочного элемента обмотки возбуждения.8. Сварочный генератор по п.2, отличающийся тем, что синхронная машина выполнена на повышенную частоту.9. Сварочный генератор по п.2, отличающийся тем, что к зажимам обмотки статора подключено трансформаторно-выпрямительное устройство в виде трансформатора с выпрямителем, с выходом которого соединены розетки для питания технологического оборудования.10. Сварочный генератор по п.2, отличающийся тем, что на статоре синхронной машины расположены n, где n>1, изолированных обмоток по числу сварочных постов, к зажимам каждой из которых подключен комплект аппаратуры для формирования внешних характеристик.11. Сварочный генератор по п.10, отличающийся тем, что компаундирующий трансформатор тока содержит n, где n>1, первичных обмоток, каждая из которых включена в рассечку фазы одной из изолированных обмоток статора генератора.