Источник питания для электродуговой сварки Советский патент 1993 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварке, может быть использовано как источник питания для различных видов, ручной сварки, предназначено для питания электрической дуги однофазным переменным током, а при необходимости и постоянным током и является переносным, источником питания электродуговой сварки с широким диапазоном изменения тока дуги.

Известен источник питания для электродуговой сварки, содержащий сварочный трансформатор, токоограничивающий элемент; Извести ый йсточник содержит также Два встречно-параллельно соединенных тиристо- ра, регулируемый источник постоянного тока для питания обмотки подмагничивания сварочного трансформатора.

Недостатком известного источника является его сложность, так как сварочный трансформатор имеет сложную конструкцию магнитной системы (кроме основного содержит дополнительный магнитопровод подмагничивающего шунта) с целым рядом основных и дополнительных обмоток (осXI

со Ч

О оо

СП

со

новные - первичная и вторичная, дополнительные - подмагничивающая и реактивная). Кроме того, указанный источник содержит токоограничивающий элемент, включенный в цепь питания дуги, т.е. рассчитанный на максимальный ток нагрузки цепи дуги, т.е. токоограничивающий элемент обладает значительными массогаба- ритными характеристиками. К недостаткам известного источника питания относится также наличие тиристорного регулятора е устройством фазового управления и регулируемого источника постоянного тока.

Известен также источник питания для электродуговой сварки, содержащий сварочный трансформатор с двумя параллельными обмотками питания дуги (или последний может быть заменен на два отдельных сварочных трансформатора) и токоограничиваю.щий элемент (индуктивность). Кроме того, источник питания содержит тирйсторный регулятор.

К недостаткам известного устройства следует отнести сложность, обусловленную наличием тиристорного регулятора со схег мой фазового управления. При этом указанный регулятор включен в сильноточную цепь - цепь питания дуги, т.е; массогабарит- ные характеристики, система охлаждения источника питания выбираются исходя из максимальной величины тока сварки. Вторым недостатком известного устройства является то, что мощность каждого в отдельности тиристорного регулятора как и сварочного трансформатора выбирается из условия потребляемой мощности цепью дуги. Кроме того, в рассматриваемом устройстве ограничивающий элемент (индуктивность) La выбирается из условий обеспечения макси-- мальной величины сварочного тока, т.е. при максимальном токе сварки 10-15 А и напряжении холостого хода, равном для обеспечения устойчивости дуги 60-80 В. Вследствие вышесказанного ограничивающий элемент (индуктивность) является крупногабаритным элементом источника питания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является источник питания для электродуговой сварки со стабилизацией дуги, содержащий автотрансформатор, сва- рочный-трансформатор и токоограничивающий элемент. Источник питания содержит также накопительный конденсатор и пороговый элемент на тиристорах, диодах и стабилитронах. ..

Недостатком известного устройства является его сложность, так как он содержит пороговый элемент на встречно-параллельно соединенныхтиристорах, диодах и стабилитронах, а также накопительный конденсатор. Причем массогабаритные характеристики сварочного трансформатора выбираются из

условий максимальных режимов сварки.

Существенным недостатком прототипа является отсутствие возможности регулирования режимов сварки с одновременными широкими пределами изменения тока в це0 пи дуги, что ограничивает область применения, а также исключает возможность использования прототипа в качестве переносного - универсального - источника пита- ния, а также источника питания для

5 электродуговой сварки в труднодоступных местах, так как для обеспечения регулирования режимов известный источник должен подключаться к электрической сети через регулятор напряжения. Использование ав0 тотрансформатора в схеме стабилизации дуги значительно усложняет прототип.

Целью изобретения является упрощение устройства, снижение массогабаритных характеристик, обеспечение регулирования

5 режимов сварки с широкими пределами изменения тока, с обеспечением устойчивости горения дуги как при сварке-на переменном, так и на постоянном токе, атакже снижение мощности управления :.:

0 Цель достигается тем, что в источнике для электродуговой сварки автотрансформатор снабжён дополнительной обмоткой питания дуги, которая последовательно включенную с ней вторичную обмот5 ку сварочного трансформатора включена в цепь дуги, первичная обмотка сварочного тра н сформатора через токоогра ничиваю- щий элемент подключена к выходу автотрансформатора, сварочный трансформатор при.

0 этом снабжен обмоткой стабилизации дуги, подкл юче н ной параллельно обмотке п итаю- щей дуги автотрансформатора, причем обмотка питания дуги автотрансформатора выполнена изолированной от его первичной

ё обмотки, а суммарная мощность автотрансформатора и сварочного трансформатора определена потребляемой мощностью цепью - дуги. , /; ;- . . : .. ,..-. Кроме того, основная обмотка автотран0 сформатора может быть выполнена секционированной с отводами.

Наличие в заявляемом устройстве автотрансформатора, снабженного дополнительной обмоткой - обмоткой питания дуги,

5 которая через последовательно включенную с ней вторичную обмотку сварочного трансформатора включена в цепь дуги, обеспечивает возможность получения нижних пределов значения тока в цепи дуги, Указанная обмотка питания дуги является

источником питания обмотки (устойчивости) стабилизации дуги.

Подключение через токоограничи- вающий элемент первичной обмотки с ва роч н ого трансформатора к выходу автотрансформатора обеспечивает регулирование режимов сварки с широкими пределами изменения тока. При этом мощность регулирования составляет 30-50% от мощности, потребляемой цепью дуги.

Наличие у сварочного трансформатора обмотки стабилизации дуги, подключенной параллельно обмотке питания дуги, обеспечивает требуемую величину напряжения холостого хода цепи питания дуги, в несколько раз превышающую напряжение зажигания дуги, которую обеспечивают вторичная обмотка сварочного трансформатора и обмотка питания дуги автотрансформатора, что позволяет значительно снизить массогаба- ритные характеристики источника питания, повысить КПД последнего и его коэффициент мощности/

Новым в заявляемом устройстве является и то, что автотрансформатор одновременно является и источником питания цепи дуги, и регулятором напряжения для сварочного трансформатора. Причем суммарная мощность автотрансформатора и сварочного трансформатора выбирается из условий равенства потребляемой мощности цепью питания дуги, т.е. их суммарная мощность в два раза меньше чем у известных источников, содержащих регуляторы напряжения.

Отношение мощности автотрансформатора к мощности сварочного трансформатора зависит от выбранной мощности последнего, которая может составлять 30-50%.

На фиг.1 и 2 представлены принципиальные схемы источника питания для электродуговой сварки.

Источник питания содержит автотрансформатор 1V выполненный с дополнительной обмоткой - обмоткой 2 питания дуги, к входу которого подключена электрическая сеть, а к выходу через ограничивающий элемент - ограничительную индуктивность 3- первичная обмотка сварочного трансформатора 4, Сварочный трансформатор 4, содержащий первичную и вторичную обмотки, снабжен дополнительной обмоткой 5 - обмоткой напряжения для стабилизации дуги, которая через резистор б подключена параллельно обмотке 2 питания дуги автотрансформатора 1. Обмотка 2. питания дуги автотрансформатора 1 и последовательно соединенная с ней вторичная обмотка сварочного трансформатора 4 образуют цепь дуги, которая непосредственно или через выпрямитель подключена к нагрузке 7.

Автотрансформатор 1 может быть выполнен с плавным регулированием, т.е. выход последнего через подвижный токосъемник соединен с основной обмоткой автотранс- 5 форматора, или со ступенчатым регулированием, т:е. основная обмотка выполнена секционированной с отводами. В этом случае выход автотрансформатора 1 соединен с каждым из отводов секционированной обмотки 10 через переключатель напряжения. Выполнение обмотки автотрансформатора 1 секцио- нированной значительно упрощает последний и обеспечивает его надежность.

Устройство работает следующим обра- 5 зом.

После подключения источника питания электрической сети в режиме холостого хода напряжение в цепи питания дуги складывается из напряжения обмотки 2 питания 0 дуги автотрансформатора 1 и напряжения вторичной обмотки сварочного трансформатора 4, Величина указанного напряжения выбирается из условий, что оно должно быть в 1,5-3 раза больше напряжения горения 5. дуги..

Так как в заявляемом устройстве в устойчивом режиме сварки напряжение в цепи питания дуги, образуемое постоянным напряжением обмотки 2 питания дуги авто- 0 трансформатора 1 и изменяющимся в зависимости от выбора режима сварки напряжением вторичной обмотки сварочного трансформатора 4, должно быть не менее напряжения зажигания дуги. Определение 5 параметров источника питания исходя из условий требуемого напряжения зажигания дуги, а не напряжения холостого хода (как в известных устройствах), в несколько раз превышающего напряжения дуги, обеспе- 0 чивает выбор оптимальных параметров (высокого КПД, коэффициента мощности, . минимальных массогабаритных характеристик, снижение установленной мощности источника питания). Требуемое напряжение 5 холостого хода обеспечивается дополнительной обмоткой5-обмоткой напряжения для стабилизации дуги сварочного трансформатора 4, которая через резистор 6 подключена параллельно обмотке 2 питания 0 дуги. Выбором требуемого значения вольт/виток напряжения питания обмотки 5 обеспечивается требуемое значение напряжения холостого хода постоянной величины его вторичной обмотки независимо от на- 5 пряжения первичной обмотки трансформатора 4. а выбором величины сопротивления резистора 6 выбирается крутизна внешней характеристики источника питания.

Таким образом, наличие у сварочного трансформатора 4 обмотки напряжения для

стабилизации дуги - дополнительной обмотки 5 обеспечивает требуемое(оптимальное) значение напряжения холостого хода, от величины которого зависит устойчивость горения дуги и скорость ее повторного зажигания. Разработанная схема обеспечения напряжения холостого хода не приводит к увеличению массы и габаритов сварочного трансформатора 4, снижению его КПД и коэффициента мощности, как это наблюдается у известных источников питания электродуговой сварки.

После поджигания дуги (подключения нагрузки 7) в цепи питания дуги появляется ток под воздействием обмотки 2 питания дуги автотрансформатора 1 и некоторого выбранного напряжения вторичной обмотки сварочного трансформатора 4.

В режиме источника питания с минимальным током сварки (напряжение питания первичной обмотки сварочного трансформатора 4 может быть равно нулю или незначительной величины) по вторичной обмотке сварочного трансформатора протекает ток, наличие которого создает в первичной обмотке сварочного трансформатора 4 ЭДС, противофазную ЭДС, создаваемой напряжением первичной обмотки сварочного трансформатора 4. Для ограничения тока под воздействием противофазной ЭДС в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора 4 включен то- коограничивающий элемент - индуктивность, которая может быть выполнена в виде дросселя насыщения. Измерением напряжения первичной обмотки трансформатора 4 обеспечивает широкое изменение пределов регулирования токов в диапазоне от 0,1 до 1 А.

Таким образом, изменением величины напряжения первичной обмотки сварочного трансформатора 4 осуществляется регулирование токов.

Для оптимального выбора параметров источника питания суммарная мощность автотрансформатора 1. и сварочного трансформатора 4 определяется потребляемой мощностью цепи сварки (максимальными параметрами режима сварки), а мощность автотрансформатора выбирается, как правило, на 10-30% большей мощности сварочного трансформатора 4, так как автотрансформатор 1, с одной стороны, является трансформатором питания цепи дуги из-за введения обмотки 2 питания дуги и одновременно регулятором напряжения для сварочного трансформатора 4. Причем следует отметить, что мощность регулирования автотрансформатора Т уменьшается при возрастании тока

сварки и равна нулю при достижении максимального режима.

Таким образом, мощность управления в заявляемом источнике питания не превышает 0,5 потребляемой мощности и может быть снижена до 0,3 при необходимости.

Напряжение обмотки 2 автотрансформатора 1 и вторичной обмотки сварочного трансформатора 4 выбираются, как прави0 ло, равными между собой, а сумма этих напряжений должна быть равна напряжению зажигания дуги. Для снижения мощности управления напряжение на обмотке 2 питания дуги может быть выбрано равным на5 пряжению горения дуги при максимальной величине сварочного тока, равной 20 В при токе дуги, равном 100 А. Отношение токов в основной обмотке автотрансформатора 1 и первичной обмотке сварочного трансфор0 матора 4 зависит от выбора коэффициента трансформации относительно обмотки 2 у первого и вторичной обмотки у второго, что обеспечивает возможность снижения величины тока управления до 0,5-0,1 от величи5 ны потребляемого тока источника питания. При выполнении основной обмотки автотрансформатора 1 секционированной регулирование тока производится с заданной кратностью, причем при необходимости

0 кратность может быть постоянной или процентной от фактической величины тока диапазона.

Совокупность новых признаков в. заявляемом устройстве обеспечивает повыше5 ние технико-экономических показателей в сравнении с известным устройством того же назначения.

Значительно упрощается устройство, снижаются массогабаритные характеристи0 ки источника питания за счёт исключения собственного регулятора напряжения. Экономический эффект при этом составит от 100 до 300 рублей на одно устройство; Повышается КПД, коэффициент мощно5 сти, обеспечивается оптимальный выбор вторичного напряжения источника питания, снижается установленная мощность сварочного трансформатора.

Обеспечивается снижение более чем в

0 два раза мощности управления, причем величина тока управления может быть уменьшена более чем в два раза за счет изменения коэффициента трансформации сварочного трансформатора 4.

5 Обеспечивается заданная внешняя характеристика, что позволяет расширить область использования источника питания.

Обеспечивается изменение тока в цепи нагрузки (как по переменному, так особенно по постоянному току) в пределах 0,1-1 А

величины тока, соответствующего максимальному режиму сварки;

При необходимости нижний предел может быть снижен.

Достоинство источника питания для электродуговой сварки заключается в том, что он может быть реализован в нескольких схемотехнических вариантах, в том числе с использованием стандартных автотрансформаторов с доработкой и серийных понижающих трансформаторов с напряжением вторичной обмотки тока 12 В,

Ф:о р м у л а и з о б р е т е ни я , 1. Источник питания для электродуговой сварки, содержащий автотрансформатор, сварочный трансформатор и токоограничивающий элемент, причем вторичная обмотка сварочного трансформатора включена в цепь дуги, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью упрощения, снижения массогабэритных характеристик, обеспечения регулирования режимов сварки с широ- к ими п р е д ел а м и из м- е н е н и я т о к а с

я х V

обеспечением устойчивости горения дуги как при сварке на переменном, так и на постоянном токе, а также снижения мощности управления, автотрансформатор снабжен дополнительной обмоткой - обмоткой питания дуги, которая через последовательно включенную с ней вторичную обмотку сварочного трансформатора включена в цепь дуги, первичная обмотка

сварочного трансформатора через токоограничивающий элемент подключена к выходу автотрансформатора, сварочный трансформатор снабжен обмоткой стабилизации дуги, подключённой параллельно обмотке питания дуги автотрансформатора, причем последняя выполнена изолированной от его первичной обмотки.:

2. Источник питания по п. 1, от л ича ю- щ и и с я тем, что основная обмотка автотрансформатора выполнена секционированной с отводами, каждый из которых через переключатель соединен с выходом автотрансформатора. ,

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано как источник .питания для различных видов ручной сварки. Сущность изобретения: источник пита ния для электродуговой сварки содержит автотрансформатор, снабженный обмоткой питания дуги. К входу автотрансформатора подключена электрическая цепь, а к его выходу через ограничительный элемент - первичная обмотка сварочного трансформатора. Сварочный трансформатор снабжен обмоткой напряжения для стабилизации дуги, которая через резистор подключена параллельно обмотке питания дуги автотрансформатора. Обмотка питания дуги и последовательно соединенная с ней вторичная обмотка сварочного трансформатора образуют цепь дуги, которая непосредственно или через выпрямитель подключена к нагрузке. Автотрансформатор может быть выполнен с плавным регулированием, т.е. выход его через подвижный токосъемник соединен с основной обмоткой автотрансформатора, или со ступенчатым регулированием, т.е.осноён ая обмотка выполнена секционированной с отводами. В этом случае выход автотрансформатора соединен с каждым из отводов секционированной обмотки через переключатель напряжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л С

f f Фиг.+