Однофазный выпрямитель для сварки плавящимся электродом Советский патент 1992 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к электрооборудованию для дуговой сварки на постоянном токе, к механизированной сварке плавя- . щимся электродом во всех пространственных положениях металлов малых толщин.

Известны однофазные двухполупериод- ные сварочные выпрямители для дуговой сварки, выполненные по двум типам схем. В первом типе схем вентили собирают в мост, к двум выводам которого подклю1 эется нагрузка, а к двум другим - вторичная обмотка трансформатора. Во втором типе схем выводится средняя точка вторичной обмотки

трансформатора, а вентили анодами присоединяются к концам обмотки. Нагрузка включается между общей тонкой катодов вентилей и средней точкой трансформатора.

В большинстве выпрямителей используются неуправляемые вентили - диоды, а для регулировки сварочного напряжения делаются отводы от первичной обмотки трансформатора для ступенчатого регулирования коэффициента трансформации. Имеется специальный дроссель или LC-фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения при больших сварочных токах и

х|

hO

го VI

К)

XJ

создания требуемых динамических свойств выпрямителей.

Недостатком однофазных диодных выпрямителей является ступенчатое регулирование сварочного напряжения, что затрудняет выбор оптимального режима, снижает надежность из-за наличия коммутационной аппаратуры для ступенчатого регулирования напряжения и требует громоздких индуктивных или LC-фильтров.

Известны однофазные тиристорные импульсные источники, выполненные по первому типу схем выпрямителей. К вторичной обмотке силового трансформатора подключена мостовая схема выпрямителя, собранная на двух тиристорах и двух диодах. Первичная обмотка подключена к однофазной сети и секционирована,

Известны также однофазные тиристорные источники питания, выполненные по второму типу схем выпрямителей. Схема собрана на двух тиристорах и имеет дроссель в силовой цепи, а первичная обмотка трансформатора секционирована.

Эти источники используются при совместной работе со сварочными источниками питания, а изменение вторичного напряжения осуществляется переключением отводов первичной обмотки трансформатора и фазовым регулированием - изменением момента включения тиристоров относительно полуволны питающего напряжения в проводящем для тиристоров направлении.

Недостатком является сложность устройства, содержащего два источника питания, включенных параллельно и работающих на одну нагрузку - сварочную дугу, кроме этого, в источниках для плавного регулирования напряжения осуществлено глубокое фазовое регулирование. По мере увеличения угла регулирования форма кривой тока в обмотках силового трансформатора сильно искажается и возрастает содержание высших гармоник. Активная мощность, потребляемая из сети, определяется первой гармоникой тока, а появление высших гармоник приводит к потреблению мощности искажения, которая наряду с реактивной мощностью является бесполезной для сварки и вызывает дополнительные потери электроэнергии. При глубоком фазовом регулировании возрастает доля мощности искажения в полной мощности, следовательно ухудшаются массо-габаритные и энергетические показатели источника.

Наиболее близким по технической сущности является однофазный выпрямитель для механизированной импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом, который

выполнен по второму типу схем. Выпрямитель совмещает в себе функции основного и импульсного источников питания, обеспечивая питание сварочной дуги пульсирующим, выпрямленным, плавно регулируемым напряжением. Первичные обмотки трансформатора выпрямителя секционированы, вторичная - не секционирована, со средней точкой, концы которой подсоединены к ано0 дам регулирующих тиристоров, катоды которых соединены вместе и подключены к положительной клемме выпрямителя, к которой через сглаживающий дроссель подключены катоды диодов, аноды которых

5 подключены к концам вторичной обмотки, отрицательная клемма выпрямителя соединена со средней точкой вторичной обмотки, а первичная обмотка трансформатора разделена на две части, каждая из которых име0 ет две секции и подключена к анодам управляющих тиристоров, катоды которых соединены попарно вместе и подключены к клемма / сетевого напряжения, к которым подсоединяются концы первичных обмоток

5 в противофазе. Наличие в силовой цепи выпрямителя двух диодов, шести тиристоров и сглаживающего дросселя позволяет плавно регулировать составляющие базового и импульсного тока, а выполнение двух частей

0 первичной обмотки секционированными, за счет изменения коэффициента трансформации, переходить к диапазону импульсов большой амплитуды.

Недостатком выпрямителя является

5 сложность силовой части и схемы управления шестью тиристорами, что снижает надежность, затрудняет эксплуатацию. Глубокое фазовое регулирование в диапазонах импульсов малой и большой амплитуды сильно иска0 жает форму кривой тока в обмотках трансформатора, что ухудшает массогаба- ритные и энергетические показатели иыпря- мителя.

Цель изобретения - уменьшение пуль

5 саций выпрямленного напряжения, улучшение массогабаритных и энергетических показателей выпрямителя, упрощение схемы.

Поставленная цель достигается тем. что

0 в однофазном выпрямителе для сварки плавящимся электродом, содержащем силовой трансформатор с вторичной обмоткой со средней точкой, концы вторичной обмотки подключены к анодам регулирующих тири5 сторов, катоды которых соединены вместе. при этом во вторичной обмотке сделано два дополнительных вывода, симметрично расположенных относительно средней точки,и введены два диода, анод каждого диода подсоединен к дополнительному выводу, а

като ы соединены с катодами, регулирующих тиристоров и с входом введенного LC- фильтра, выход которого подключен к положительной клемме выпрямителя, отрицательная клемма которого соединена с общей клеммой LC-фильтра и со средней точкой трансформатора. Схема управления синхронизирована с однофазной сетью и осуществляет фазовое управление включением регулирующих тиристоров.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема выпрямителя; на фиг.2 - диаграмма, поясняющая его работу.

Выпрямитель, фиг.1, содержит силовой трансформатор 1 с первичной обмоткой, подключенной к однофазной сети. Во вторичной обмотке выведена средняя точка и сделано четыре секции с попарно одинаковым количеством витков в секциях, симметрично расположенных относительно средней точки. Концы вторичной обмотки подключены к анодам тиристоров 2 и 3, а дополнительные выводы от симметрично расположенных относительно средней точки секций - к анодам диодов 4 и 5. Катоды тиристоров 2 и 3 и диодов 4 и 5 соединены вместе и подсоединены к входу LC-фильтра 6. выход которого образует положительную клемму выпрямителя, отрицательная клемма которого соединена с общей клеммой LC-фильтра 6 и со средней точкой трансформатора. Цепи управляющий электрод - катод тиристоров 2 и 3 подключены к схеме управления 7, которая соединена с однофазным сетевым напряжением.

Выпрямитель для сварки плавящимся электродом работает следующим образом.

При механизированной сварке в защитных газах для выбора оптимального режима необходимо плавное регулирование сварочного напряжения. Так, например, процесс сварки с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка каплям.и электродного металла осуществляется в узком диапазоне режимов, следовательно,ди апазон изменения сварочного напряжения невелик и требует точной настройки пр-и малых пульсациях сварочного напряжения, Для этого в схеме выпрямителя в каждом полупериоде последовательно в проводящем направлении работают на нагрузку диод 4 и тиристор 2 или диод 5 и тиристор 3. Диаграмма, фиг.2, поясняет процесс плавного регулирования напряжения на клеммах выпрямителя при отключенном LC- фильтре 6. Так, при выбранном диапазоне плавного регулирования сварочного напряжения выпрямителя, например, 17 - 25 В угол фазового регулирования а можно изменять в пределах 170-90 эл.град, Угол

фазового регулирования а. 170 эл.град , фиг.2а, соответствует минимальному напряжению на клеммах выпрямителя и нижнему пределу напряжений в выбранном диапазоне плавного регулирования - 17В, и практически отсутствию искажения формы кривой тока в обмотках трансформатора, а а 90 эл.град , фиг.2б, - верхнему пределу, т.е. 25 В, и наибольшему искажению формы кривой тока.

Так при синусоидальном увеличении напряжения IM на аноде диода 4 он открывается и начинает выпрямлять напряжение, снимаемое с одной секции вторичной обмотки. При включении тиристора 2 управляющим импульсом, например, при а. 90 эл.град диод 4 закрывается и выпрямляется напряжение, снимаемое с двух секций вторичной обмотки U2. Аналогично

работает в другом полупериоде диод 5. выпрямляя Us, и тиристор 3, выпрямляя Уз. Такая совместная, последовательная работа диода и тиристора в каждом полупериоде позволяет осуществить плавное регулирование напряжения при наименьших искажениях формы кривой тока во всем диапазоне регулирования сварочного напряжения. На выходе выпрямителя имеется LC-фильтр б, сглаживающий пульсации выпрямленного

напряжения при больших сварочных токах и создающих требуемые динамические свойства выпрям ггеля.

Пример. Сварочный выпрямитель выполнен по схеме фиг.1. размещен водном

корпусе со сварочным полуавтоматом и предназначен-для сварки тонколистовых конструкций в среде защитных газов. Параметры LC-фильтра: L Гн, С 0,02 Ф. Техническая характеристика: напряжение питания - однофазная сеть 220 В; плавная регулировка сварочного тока-(25-100) А, напряжения -{17- 25) В; диаметр электрода -0,8 и 1,0мм; габаритные размеры, мм -. 600x300x330; масса,- 35 кг.

Процесс стабилен, характеризуется частыми короткими замыканиями дугового промежутка и малыми пульсациями свароч- ного напряжения, формирование шва хорошее, разбрызгивание металла мало.

Предлагаемый выпрямитель позволяет уменьшить пульсации выпрямленного напряжения, улучшить массогабаритные и энергетические показатели выпрямителя путем уменьшения искажений формы кривой тока в обмотках трансформатора при последовательной работе в проводящем направлении на нагрузку в каждом полупериоде диода и тиристора; упростить силовую схему и схему управления.

Форму л а и з о б ре т е н и я Однофазный выпрямитель для сварки плавящимся электродом, содержащий силовой трансформатор с вторичной обмоткой со средней точкой, связанной с отрицательной k/теммой выпрямителя, причем концы вторичной обмотки подключены к анодам регулирующих тиристоров, катоды которых соединены вместе, а также схему управления и два диода, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы, уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения,

0

улучшения массогабаритных и энергетических показателей, он снабжен LC-фильтром, а вторичная обмотка выполнена с двумя выводами, симметрично расположенными относительно средней точки, при этом анод каждого диода подсоединен к соответствующему выводу, а катоды диодов соединены с катодами регулирующих тиристоров и с входом LC-фильтра, выход которого подключен к положительной клемме выпрямителя, отрицательная клемма которого соединена с общей клеммой LC-фильтра.

«Рн,. 2

Изобретение относитсл к электрооборудованию для дуговой сварки на постоянном токе. Целью изобретения является уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения, улучшение массогабаритных и энергетических показателей. Выпрямитель содержит два диода, силовой трансформатор с вторичной обмоткой со средней точкой, концы которой подключены к анодам тиристоров. Их катоды соединены вместе. В обмотке сделано два дополнительных вывода, симметрично расположенных относительно средней точки. Анод каждого диода подсоединен к дополнительному выводу, а катоды соединены с катодами регулирующих тиристоров и с входом LC-фильтра. Выход LC-фильтра образует положительную клемму выпрямителя, отрицательная клемма которого соединена с общей клеммой LC-фильтра и со средней точкой трансформатора. Выпрямитель уменьшает искажения формы кривой тока в обмотках трансформатора за счет последовательной работы в проводящем направлении на нагрузку в каждом полупериоде диода и тиристора. 2 ил. (Л С