Аккумуляторный источник питания сварочного аппарата Российский патент 2024 года по МПК H02M7/537 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может найти применение как источник питания сварочной дуги переменного тока в различных отраслях народного хозяйства.

Уровень техники

Как правило, в известных сварочных аппаратах в силовом модуле используется инвертор - устройство, преобразующее постоянный ток в высокочастотный переменный. Сформированное инвертором напряжение перед подачей на дугу понижается трансформатором. Анализ непатентного уровня техники показывает, что такой принцип работы с обязательным наличием трансформатора в силовом модуле является присущим практически всем известным сварочным аппаратам (например, аппарат ТВ-200, https://www.svarkacentr.ru/files/14793/pasport_i_rukovodstvo_tb-200-250-7864.pdf).

Уровень техники в отношении патентных источников также показывает, что отмеченный принцип присущ и запатентованным решениям. В частности, известен сварочный инверторный источник по патенту RU 76271 U1, 20.09.2008, в состав которого для формирования дуги входит силовой трансформатор. Также известен сварочный аппарат инверторного типа по патенту RU 122931 U1, 20.12.2012, высокочастотный преобразователь которого содержит силовые транзисторы, конденсаторы, трансформатор напряжения и выпрямитель.

Указанным выше техническим решениям, которые могут быть приняты в качестве аналогов предложенного изобретения, присущ недостаток, заключающийся в высоком энергопотреблении, причиной которого являются потери, возникающие в трансформаторе. В частности, потери короткого замыкания характеризуют величину вихревых токов в стали магнитопровода. Вихревые токи возникают в трансформаторе вследствие воздействия магнитного потока и приводят к локальному нагреву магнитопровода. Потери тока холостого хода возникают вследствие перемагничивания магнитопровода и наличия гистерезиса. Вследствие чего сталь магнитопровода нагревается, а образовавшееся тепло рассеивается в окружающую среду. Таким образом, наличие в силовом блоке трансформатора приводит к снижению энергоэффективности и необходимости разработки дополнительных средств охлаждения для обеспечения безопасности работы, что также увеличивает конечный вес изделия.

Предложенное изобретение направлено на преодоление недостатков уровня техники и при своем осуществлении позволяет обеспечить достижение технического результата, который заключается в повышении энергоэффективности источника питания.

Раскрытие изобретения

Для достижения указанного выше технического результата предлагается источник питания сварочного аппарата, содержащий размещенные в корпусе блок контроля, блок управления, силовой блок и источник энергии, при этом источник энергии выполнен в виде аккумуляторного модуля, а силовой блок содержит силовой каскад, выполненный на MOSFET транзисторах, включенных по двух-плечевой схеме и работающих в ключевом режиме, при этом выход силовой платы соединен с дросселем.

Указанные выше, а также иные преимущества изобретения будут понятны специалисту на основании сведений, представленных в следующем разделе описания.

Осуществление изобретения

Далее представлены более подробные сведения, касающиеся осуществления изобретения. Для более полного понимания сущности в описании сделаны отсылки на поясняющие чертежи, согласно которым представлены:

Фиг. 1 - блок-схема предложенного решения.

Фиг. 2 - принципиальная схема силовой платы.

В предложенном изобретении предложен метод генерации сварочной дуги без трансформатора с минимальным количеством деталей на плате инвертора, что позволяет работать в максимально возможном энергосберегающем режиме.

Как следует из фиг. 1, изобретение содержит блок контроля, блок управления, силовой блок и источник энергии, при этом источник энергии выполнен в виде аккумуляторного модуля. Указанные блоки размещены в пределах общего корпуса и выполнены на соответствующих платах, имеющих между собой электрические соединения. Блок управления предназначен для управления режимами работы аппарата и обеспечения индикации (индикатор нормальной работы и индикатор перегруза, перегрева, разряда). Блок контроля может быть выполнен на базе ШИМ-контроллера KA3525A и обеспечивает контроль и регулирование параметров аппарата. Дополнительно аппарат включает блок (плату) заряда батареи для заряда установленного в корпусе источника энергии. Для охлаждения платы инвертора с каскадом транзисторов и батарейного модуля могут быть использованы отдельные вентиляторы (фиг. 1).

Как следует из фиг. 2, силовой блок выполнен на базе MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) транзисторов (T1-T8), включенных по двух-плечевой схеме и работающих в ключевом режиме. Выход силового блока соединен с дроссельной катушкой (L1).

Открывание транзисторов происходит на каждом плече поочередно с частотой импульсов 9,4 кГц, что позволяет с минимальными потерями передать напряжение батареи к выходному контуру. Отсутствие традиционного для инверторных сварочных аппаратов трансформатора позволяет максимально использовать потенциал батареи для формирования сварочной дуги или работы под другой нагрузкой как источник питания (без потерь на работу трансформатора и других деталей).

Для реализации назначения выход силового блока соединен с дроссельной катушкой, которая сглаживает параметры сварочной дуги и обеспечивает легкий розжиг. Катушка сглаживает токовые пульсации, способствует плавному «мягкому» розжигу, уменьшает разбрызгивание металла при сварке и поддерживает параметры сварочной дуги.

Контроль температуры и охлаждение батарей и силового каскада раздельное - батарейный отсек охлаждает один вентилятор, силовой каскад второй. Каждый из них сработает соответственно температуре на транзисторах или на батарейных элементах. Без необходимости для энергосбережения батареи вентиляторы не работают.

Выполнение силового блока предложенным образом позволяет использовать в качестве источника энергии аккумулятор с напряжением 36-40 В, в отличие от известных решений, в которых необходимо использование высоковольтного напряжения (220 или 140-180 В). Кроме того, наличие в предложенном решении аккумулятора позволяет использовать источник питания для работы садовой техники и инструмента на 36-40 В, а также в других целях, как автономный источник питания 36-40 В, для чего в дополнительном варианте осуществления в решении может быть предусмотрено выполнение вывода питания постоянного тока, соединенного с аккумулятором.

Таким образом, выполнение силового блока описанным выше образом, представляет собой существенную особенность предложенного решения, что позволяет исключить использование трансформатора, как в традиционных схемах питания инверторных сварочных аппаратов и существенно повысить его энергоэффективность.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение как источник питания сварочной дуги переменного тока в различных отраслях народного хозяйства. Технический результат заключается в повышении энергоэффективности источника питания. Аккумуляторный источник питания сварочного аппарата содержит размещенные в корпусе блок контроля, блок управления, силовой блок и источник энергии. Источник энергии выполнен в виде аккумуляторного модуля, при этом источник питания также содержит зарядный блок. Силовой блок содержит силовой каскад, выполненный на MOSFET транзисторах, включенных по двухплечевой схеме и работающих в ключевом режиме, при этом выход силовой платы соединен с дросселем. При этом источник питания также содержит вентиляторы для раздельного охлаждения аккумуляторного модуля и силового блока. 2 ил.

Аккумуляторный источник питания сварочного аппарата, содержащий размещенные в корпусе блок контроля, блок управления, силовой блок, источник энергии, отличающийся тем, что в качестве источника энергии использован аккумуляторный модуль 36-40 В, источник питания также содержит зарядный блок, а силовой блок содержит силовой каскад, выполненный на MOSFET транзисторах, включенных по двухплечевой схеме и работающих в ключевом режиме с частотой переключения 9,4 кГц, выход силовой платы непосредственно соединен с дросселем, при этом источник питания также содержит вентиляторы для раздельного охлаждения аккумуляторного модуля и силового блока.