УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ Российский патент 2006 года по МПК B23K9/06 B23K9/10 

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимся электродом, в частности к электросварочным аппаратам переменного тока, и предназначено для сварки металлоконструкций и изделий различной толщины в строительстве, при монтажных работах, в быту, в коммунальном и сельском хозяйстве и других областях промышленности.

Известно устройство для дуговой сварки (см., например, Сварка в машиностроении. Справочник/ Под ред. Ю.Н.Зорина, том 4, с.49, рис.6), содержащее силовой трансформатор, подключенный обмотками к питающей сети и к нагрузке, и повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого нагружена на последовательно соединенные диод и конденсатор, обкладками соединенный через тиристор с нагрузкой.

К недостаткам устройства-аналога можно отнести однополярность возбуждающего высоковольтного импульса, что снижает эффективность возбуждения и стабилизации горения дуги в положительный и отрицательный полупериоды напряжения сети.

Известен источник питания для дуговой сварки (см., например, патент №2106944 RU, МКИ В 23 К 9/06, опубл. в БИ., 1998, №8), содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена через симистор к питающей сети, а его вторичная обмотка соединена последовательно с вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора, первичная обмотка которого через симистор подсоединена к накопительным конденсаторам колебательных LC-контуров, настроенных на резонансы тока и напряжений, подключенных к питающей сети.

К недостаткам аналога относятся сложность настройки контуров при изменении параметров нагрузки и повышенный расход обмоточного провода из-за наличия высоковольтного трансформатора с большим числом витков вторичной обмотки, одинакового сечения со вторичной обмоткой силового трансформатора, что увеличивает массу и габариты устройства.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому положительному эффекту является источник питания для дуговой сварки на переменном токе, выбранный в качестве прототипа (см., например, кн. Оборудование для дуговой сварки. Справочное пособие/ Под ред. В.В.Смирнова. - Л.: ЭАИ, 1986, с.378, рис.8-16, ж).

Устройство для дуговой сварки содержит силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена через двухполупериодный тиристорный ключ к питающей сети и импульсный трансформатор, обмотки которого подключены параллельно питающей сети и нагрузке через разделительные конденсаторы.

Недостатками токового устройства являются нестабильность амплитуды возбуждающего импульса, инициирующего дугу, в зависимости от угла регулирования, а также сложность настройки параметров стабилизирующего импульса.

Целью изобретения является повышение надежности возбуждения и стабилизации горения дуги, снижение входного тока и массы активных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дуговой сварки на переменном токе, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к зажимам питающей сети через двухполупериодный ключ, а вторичная обмотка соединена с нагрузкой, двухобмоточный импульсный трансформатор, конденсаторы и блок управления, введены резистор и встречно-параллельно соединенные тиристоры с отсекающими диодами, при этом тиристоры с отсекающими диодами подключены к зажимам питающей сети через резистор, шунтирующий первичную обмотку двухобмоточного трансформатора, конденсаторы установлены между общими точками соединения тиристоров с диодами и зажимами питающей сети, а вторичные обмотки силового и двухобмоточного импульсного трансформаторов соединены параллельно.

Анализ известных технических решений в области дуговой сварки позволяет сделать выводы об отсутствии в них признаков, сходных с существенными признаками в заявленном устройстве для дуговой сварки и признать заявляемое решение соответствующим критерию "Существенные отличия".

Сущность изобретения заключается в том, что конденсаторы заряжаются в один полупериод, а разряжаются в следующий полупериод на первичную обмотку импульсного трансформатора, формируя в его вторичной обмотке высоковольтный импульс возбуждения постоянной амплитуды для зажигания и стабильного горения дуги.

При одновременном отпирании двухполупериодного ключа и соответствующего тиристора в диапазоне угла регулирования высоковольтный импульс подается с частотой питающей сети (50 Гц) в диапазон фаз, при котором его полярность совпадает с полярностью напряжения холостого хода. Это создает добавку энергии на дуговом промежутке и условия для надежного перехода искрового разряда высоковольтного импульса в дуговой разряд.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема устройства для дуговой сварки на переменном токе, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Устройство содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого соединена через двухполупериодный ключ (например, симистор) 3 с зажимами питающей сети 4, а вторичная обмотка 5 соединена с нагрузкой 6, и импульсный трансформатор 7 с вторичной обмоткой 8, подключенной параллельно вторичной обмотке 5 силового трансформатора, и первичной обмоткой 9, зашунтированной резистором 10. Тиристоры 11, 12 с отсекающими диодами 13, 14 подключены к зажимам питающей сети 4 через резистор 10, шунтирующий первичную обмотку 9 импульсного трансформатора.

Конденсаторы 15 и 16 установлены между общими точками соединения тиристоров 11, 12 с отсекающими диодами 13, 14 и зажимом питающей сети 4.

Блок управления 17 - фазо-импульсный, формирует управляющие импульсы для отпирания ключа 3 и тиристоров 11 и 12.

Конденсаторы 15 и 16 заряжаются через отсекающие диоды 13 и 14 до амплитудного значения напряжения 18 питающей сети 4 с полярностью на обкладках, приведенной для сети 4.

Устройство для дуговой сварки на переменном токе (фиг.1) работает следующим образом.

В положительный полупериод напряжения 18 питающей сети 4 (полярность приведена без скобок) при угле регулирования α=α_K импульсами с блока 17 управления отпираются двухполупериодный ключ - симистор 3 и одновременно тиристор 12.

По контуру: плюс питающей сети 4-симистор 3-первичная обмотка 2 трансформатора 1-(-) питающей сети 4 начинает протекать ток холостого хода. Намагничивающая сила, созданная этим током, наводит в магнитопроводе трансформатора 1 основной магнитный поток, благодаря чему в обмотке 5 наводится ЭДС (напряжение) холостого хода. Одновременно конденсатор 16 разряжается по контуру: (+) обкладка конденсатора 16-обмотка 9-тиристор 12-(-) обкладка 16. Разрядный импульс 19, трансформируемый в обмотку 8 импульсного трансформатора 7, в совпадающей полярности с напряжением 18 холостого хода трансформатора 1 прикладывается к межэлектродному промежутку нагрузки 6. При высокой разности потенциалов между электродом и изделием нагрузки 6 воздух, ионизируясь, становится проводником тока, вследствие чего происходит зажигание дуги и ее длительное горение.

Выделяющаяся в дуге мощность определяется суммой мощности, передаваемой от питающей сети 4, и мощности импульса 19, передаваемой через импульсный трансформатор 7

где u, i - мгновенное значение напряжения и тока; С и U₃ - емкость и напряжение зарядки конденсатора; t_p - время разрядки конденсатора.

После загорания дуги напряжение на дуговом промежутке нагрузки 6 снижается до напряжения 20 дуги

U_∂=20+0,04I_∂,

где U_∂, I_∂ - напряжение 20 и ток 21 дуги.

С момента стабильного горения дуги и запирания тиристора 12 после полной разрядки конденсатора 16, вторичная обмотка 8 импульсного трансформатора 7 превращается в первичную обмотку, а обмотка 9 - во вторичную. Обратная трансформируемая ЭДС будет нагружена на резистор 10.

В отрицательном полупериоде напряжения 18 питающей сети 4 (полярность показана в скобках) процессы протекают аналогично, но в работу вступают тиристор 11, диод 13 и конденсатор 15.

Наличие импульса напряжения стабильной амплитуды 600-1000 В длительностью 100-200 мкс в момент отпирания двухполупериодного ключа улучшает условия поджига дуги, что позволяет снизить напряжение холостого хода вторичной обмотки силового трансформатора почти в 1,5 раза. Следовательно, позволяет снизить габаритную мощность трансформатора и входной ток за счет сокращения числа витков вторичной обмотки; сечения провода первичной обмотки и массы магнитопровода.

Улучшенные условия возбуждения и стабилизации горения дуги позволяют на более качественном уровне проводить сварочные работы.

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимся электродом, а именно к устройствам для дуговой сварки на переменном токе. Устройство содержит силовой трансформатор, двухполупериодный ключ, двухобмоточный импульсный трансформатор, конденсаторы, блок управления, резистор и встречно-параллельно соединенные тиристоры с отсекающими диодами. Первичная обмотка силового трансформатора подключена к зажимам питающей сети через двухполупериодный ключ, а вторичная обмотка соединена с нагрузкой. Тиристоры с отсекающими диодами подключены к зажимам питающей сети через резистор, шунтирующий первичную обмотку двухобмоточного импульсного трансформатора. Конденсаторы установлены между общими точками соединения тиристоров с диодами и зажимами питающей сети. Вторичные обмотки силового и двухобмоточного импульсного трансформаторов соединены параллельно. Это позволит повысить надежность возбуждения и стабилизацию горения дуги, снизить выходной ток и массу активных материалов. 2 ил.

Устройство для дуговой сварки на переменном токе, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к зажимам питающей сети через двухполупериодный ключ, а вторичная обмотка соединена с нагрузкой, двухобмоточный импульсный трансформатор, конденсаторы и блок управления, отличающееся тем, что в него введены резистор и встречно-параллельно соединенные тиристоры с отсекающими диодами, при этом тиристоры с отсекающими диодами подключены к зажимам питающей сети через резистор, шунтирующий первичную обмотку двухобмоточного импульсного трансформатора, конденсаторы установлены между общими точками соединения тиристоров с диодами и зажимами питающей сети, а вторичные обмотки силового и двухобмоточного импульсного трансформаторов соединены параллельно.