Сварочный аппарат Советский патент 1993 года по МПК H01F31/06 B23K9/00 

t

Изобретение относится к источникам питания электрической дуги и может быть использовано в сварочных трансформаторах и выпрямителях для ручной и автоматической сварки и резки металлов.

Целью изобретения является устране-. ние указанных недостатков, т.е. расширение пределов регулирования, сварочного тока, повышение КПД и удельной весоггба- ритной мощности сварочного аппарата за счет использования унифицированной трех- стержневой конструкции магнитопровода в качестве интегрального транс-дросселирующего устройства, обеспечивающего совместно с неуправляемым выпрямителем оптимальные внешние характеристики, как у сварочных аппаратов с управляемыми дросселями или тиристорами.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема сварочного аппарата; на фиг.2 - семейство его внешних характеристик.

Сварочный аппарат содержит однокор- пусный броневой магнитопровод 1, собранный-, например, из стандартных Ш-образных пластин электротехнической стали, у которых центральный стержень вдвое шире боковых.

00

со

СЛ

о ю

ND

со

На правом стержне магнитопроводз 1 размещена одна часть первичной обмотки 2, содержащая Wt витков изолированного провода. Другая часть первичной обмотки 3 расположена на левом стержне магнитопрооода 1 и состоит из отдельных секций, у которых количество витков относится как рлзрядни двоичного кода, т.е. Wi :Wi :Wt - 1:2:4, а их сумма не превышает числа витков на правом стержне магнитопровода Wi + Wi + Wi. Секции левой части первичной обмотки в заданной последовательности подключаются к правой части встречно-последовательно при помощи двухпозиционных выключателей А, количество которых соответствует числу разрядов двоичного кода, необходимых для обеспечения заданной дискретности рабочего диапазона. Например, при трех выключателях и соответствующих секциях первичной обмотки общее число различных витков этой обмотки составит 23 8 положений, что вполне достаточно для большинства практических целей, где точность установки тока не превышает 6%.

Вторичная обмотка 5 размещена на центральном стержне магнитопровода 1 и снабжена заземленным отводом средней точки 6, а также отводами для двух вентильных диодов 7. соединенных с электрододер- жателем 3 по схеме двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. Кроме этих отводов, охватывающих Л/2 витков вторичной обмотки, у нее имеются дополнительные выводы начала и конца, дополнительно охватывающие Л/2 витков вторичной обмотки 5. Эти выводы через два одинаково включенныхдинистора 9 подключены ксим- метричной нагрузке 10, средний вывод которой соединен с электрододержателем 8. Нагрузка 10 имеет индуктивно-активный характер и может быть выполнена, например, о виде цилиндрического реостата с ферромагнитным сердечником.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. После включения первичной обмотки в сеть переменного напряжения Un по всем ее частям пойдет ток холостого хода 1Х1, который возбудит в боковых стержнях магнитопровода два магнитных потока, пропорциональных ч ислу витков первичной обмотки, находящихся на каждом стержне магнитопровода. Эти магнитные потоки будут в основном замыкаться и суммироваться на центральном стержне магнитопровода. обладающим меньшим магнитным сопротивлением, так как его ширина в два раза больше, а длина значительно меньше чем длина боковых стержней и ярм магнитопровода 1. Результирующий мэгнитый поток центрального стержня наведет во вторичной обмотке 5 напряжение холостого хода Ux2- пропорциональное виткам этой омотки, Если огрэни- читься линейной аппроксимацией кривой намагничивания материала магнитопровода 1, то напряжение и ток холостого хода будут иметь следующие значения:

Zft+2 Z/ю

(М + W2,) Zfi + (Wi - Wi)2 2fio

Ol0

5

0

5

0

0

5

S.

Un W2(Wi +Wi)3u

(W2, + W2) Z/ + (Wi - Wi)2 Zfio где Zu0- магнитное сопротивление центрального стержня магнитопровода;

Zw- магнитное сопротивление боковых ветвей магнитопровода;

(О- циклическая частота напряжения Un ;

Wi - количество витков на правом стержне;

Wi .- количество витков на левом стержне;

Wa - количество витков на центральном стержне между средней точкой и конкретным выводом вторичной обмотки;

j - означает фазовый сдвиг на 90°.

Через силовые вентильные диоды 7 напряжение холостого хода UX2 непосредственноприкладываетсякэлектрододержателю 8, но при подключении какой-либо нагрузки с током превышающим ток отпирания 10 динисторов 9 напряжение на электрододержателеб резко

возрастает до максимального напряжения вторичной обмотки Ux2, т.к. напряжение начала и конца этой обмотки превышают напряжение открывания U0 динисторов 9 за р. счет соответствующего выбора количества дополнительных витков W2 вторичной обмотки Б.Посколькудинисторы 9 поочередно открываются с углом отсечки менее 90°, т.е. прежде чем напряжение вторичной обмотки достигнет своего амплитудного зна- чения,то после открытия динисторов 9 практически все это напряжение Ux2B прикладывает к электрододержателю 8 и нагрузке. По мере уменьшения сопротивления нагрузки ток через нее возрастает, а напряжение U падает, так что после его снижения до напряжения U0 запирания динисторов 9 напряжение на электрододержателе резко падает до напряжения промежучочных отводов вторичной обмотки 5, так как динисто(3)

ры 9 при этом полностью запираются. В случае короткого замыкания цепи вторичной обмотки 5 напряжение на ее отводах не превышает прямого падения напряжения на открытых вентилях 7, а ток короткого замыкания будет определяться следующим выражением

I . UN(Wi +WQ (Wi - Wi)2

которое сильно зависит от разницы витков между левой и правой частью первичной обмотки (WT - Wi) . Так при одинаковом числе витков левой и правой части первичной обмотки трансформатор вырождается в обычный трансформатор напряжения с током короткого замыкания, стремящимся к бесконечности. Тогда как при полном отсутствии витков на левом стержне магнитопро- вода 1 ток короткого замыкания становится незначительным и равным

Ixmin - )

(JuZu

wWiW2

так как в этом случае только правая половина магнитопровода 1 выполняет функции трансформатора тока, а левая лишь шунтирует первичную и вторичную обмотки, выполняя тем самым функции дросселирования первичной и вторичной цепи трансформатора. В результате такого двойного дросселирования рабочий диапазон регулирования тока расширяется до 200 и более раз (1ктах: ктт 200) без применения каких-либо управляемых элементов, тиристоров, дросселей насыщения и т.п. Тогда как напряжение холостого хода UX2 остается; практически неизменным и даже немного возрастает у нижней границы рабочего диапазона, что благоприятно сказывается на стабильность дуги в области малых токов. Кроме того, подъем внешней характеристики IV в области нерабочих токов электрической дуги III облегчает ее зажигание в точке (а) с последующим смещением рабочей точки в области больших токов (б), где силовые вентили 7 создают фактически жесткую характеристику И, которая существенно отличается от крутопадающей характеристики I вспомогательного выпрямителя на динисто- рах 9, защищенных от короткого замыкания симметричной нагрузкой 10. В результате заметно возрастает cos f и КПД всего устройства, так как в рабочем режиме (точка б) влияние дросселирования минимально, и весь объем магнитопровода используется о качестве силового трансформатора, тогда как в режиме короткого замыкания магнит

ный поток первичной оОмотки замыкается по внешнему контуру магнитопровода. минуя его центральный стержень, что эквивалентно сильно г у дросселированию 5 первичной и вторичной цепей трансформатора.

При этом использование стандартного Ш-образного железа и других, серийно выпускаемых элементов, существенно повы- 10 шает технологичность и надежность всей конструкции сварочного аппарата и облегчают его управление, так как оптимальные .внешние характеристики у него получаются автоматически. Все это облегчает работу

15 сварщика и снижает вероятность его поражений сварочным током, так как напряжение на разомкнутом электрододержателе аппарата равно напряжению горения дуги, т.е. 20-30 В, что вдвое ниже чем у существу20 ющих типов сварочных аппаратов, оесо-гзбаритные характеристики которых

получаются гораздо хуже, чем у опытного

образца предложенного устройства, обес. печивающего удельную мощность до 0,8 кх

25 W/ кв.дм.

. Ф о р мула изобретения

Сварочный аппарат, содержащий регулируемый трансформатор на трехстержне- вом магг.итопроводе с двумя замывающими

30 ярмами и первичной секционированной обмоткой, размещенной на двух различных стержнях магнитопровода. иг третьем стержне которого размещена вторичная обмотка с отводами, о т л и ч а ю щ и и с я тем, ч ч о,

35 с целью упрощения конструкции, увеличения КПД и диапазона регулирования, он снабжен двумя динисторами и двухгюлупе- риодным выпрямителем со средней точкой, при этом на крайних стержнях Ш-образного

40 магнитопровода расположены две одинаковые части первичной обметки, одна из которых секционирована, причем соотношение чисел .витков этих секций соответствует разрядам двоичного кода, при этом секции под45 ключены к другой части первичной обмотки последовательно-встречно через двухпози- ционные выключатели, причем начало и конец вторичной обмотки через двухполупериодный выпрямитель со сред50 ней точкой соединены с первой выходной клеммой, а средняя точка вторичной обмотки соединена с второй выходной клеммой, причем начало и конец вторичной обмотки через дополнительные витки и динисторы

55 подключены к симметричной балансной нагрузке индуктивно-активного характера, средняя точка которой соединена с первой выходной клеммой.

ам

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при злектро- дуговой сварке и резке металлов. Сущность изобретения: сварочный аппарат содержит регулируемый трансформатор на броневом Ш-образном сердечнике с двумя частями первичной обмотки и вторичной обмоткой с отводами, подключенными к диодному выпрямителю со средней точкой. Новым является размещение на крайних стержнях Ш-образного магнитопровода двух одинаковых частей первичной обмотки, у одной из которых витки секционированы. При этом соотношение чисел витков этих секций соответствует разрядам двоичного кода. Эти секции подключены к другой части первичной обмотки последовател ьнс-встречно при помощи двухпозиционных выключателей, каждый из которых подключает свою секцию первичной обмотки. Начало и конец вторичной обмотки через дополнительные витки и динисторы подключены к симметричной балансной нагрузке индуктивно-активного характера, соединенной с одноименными выводаи диодного выпрямителя и электрододержателем. При наличии только трех секций и переключателей первичной обмотки аппарат обеспечивает 6%- ную точность установки сварочного тока в двухсоткратном диапазоне при оптимальной внешней характеристике, облегчающей зажигание дуги и в то же время снижающей вероятность поражения сварщика током. 2 ил. С s Ё

d v

И :г

Фаг. i

I-ЛЛЛЛ-

16 ае

а

-10

В +

I

Зктах