Сварочный трансформатор Советский патент 1993 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к электротехние, а именно к устройствам для питания сваочной дуги переменного тока, и может ыть использовано 9 любой области технии в качестве источника питания с пэдающи- и внешними характеристиками.

Известен сварочный трансформатор, одержащий силовой трансформатор, перичная обмотка которого через ключи подключена к выводам питающей сети еременного тока, а вторичная обмотка - к ыходным выводам 1.

Недостатком этого устройства является начительные габариты, обусловленные ребуемым режимом работы.

Наиболее близким к предлагаемому является сварочный трансформатор, содержащий силовой трансформатор, пераич.ная обмотка которого первым выводом подклю-х чена к первому выводу питающей сети переменного тока, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами 2.

Недостатком этого трансформатора также является большие габариты, так как силовой трансформатор работает в ненасыщенном режиме, а требование значительного напряжения во вторичной цепи для загорания дуги противоречит условиям безопасности сварщика и не позволяет уменьшить габариты трансформатора.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и обеспечение безопасности,

Поставленная цель достигается тем, что в сварочным трансформатор, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого первым выводом подключена к. первому выводу питающей сети переменного тока, а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами, введен дроссель, мзгнитоировод силового трансформатора выполнен насыщающимся, причем ебмотка дросселя включена между вторым выводом первичной обмотки силового трансформатора и вторым выводом питающей сети переменного тока. Кроме того, первичная обмотка силового трансформатора выполнена секционированной, обмотка дросселя выполнена секционированной. Для уменьшения габаритов дросселя силовой трансформатор выполнен с развитым магнитным рассеянием первичной обмотки. Для уменьшения габаритов введены возбудитель импульсов зажигания и стабилизации дуги и дополнительная обмотка дросселя, причем входные выводы возбудителя импульсов зажигания и стабилизации дуги подключены к выводам дополнительной обмотки дросселя, а выходные выводы подключены к выходным выводам сварочного трансформатора. При этом возбудитель

импульсов зажигания и стабилизации дуги выполнен в виде накопительного конденсатора, подключенного к входным выводам возбудителя импульсов, параллельно кото- рому подключена последовательная цепь из коммутирующего конденсатора, насыщающегося дросселя и первичной обмотки импульсного трансфоматора, вторичная обмотка которого ,через разделительный

конденсатор подключена к выходным выводам возбудителя импульсов.

Сущность изобретения заключается в том, что применение насыщающегося маг- нитопровода силового трансформатора по5 зволило значительно уменьшить габариты силового трансформатора за счет использования магнитопровода меньшего сечения, а введение дросселя позволило обеспечить соответствующий режим работы устройства

0 за счет ограничения тока короткого замыкз- ния при насыщении сердечника.

На фиг.1 дана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства с характеристикой магнитопровода; на фиг.2

5 эквивалентная схема предлагаемого устройства с использованием возбудителя импульсов; на фиг.З - эквивалентная схема возбудителя импульсов; на фиг.4-6 - практические схемы предлагаемого устройства

0 для различных областей использования; на фиг.7 - временные диаграммы работы устройства; на фиг.8 - график зависимости ip - F (Ј); на фиг.9 - временные диаграммы работы возбудителя импульсов.

5 Сварочный трансформатор (фиг.1) со- держит силовой трансформатор 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками и насыщающимся магнитопроводом 4 и обмотку 5 дросселя. Первый вывод б первич0 ной обмотки 2 соединен с первым выводом 7 питающей сети переменного тока, второй вывод 8 которой через обмотку 5 дросселя подключен к второму выводу 9 первичной обмотки 2 силового трансформатора 1, вы5 воды 10 и И вторичной обмотки 3 которого являются выходными выводами для подключения к сварочной дуге 12. Магнитопро- вод 4 силового трансформатора 1 имеет насыщающуюся характеристику 13 с отри0 цзтельной 14 и положительной 15 ветвями. Сварочный трансформатор может содержать возбудитель импульсов 16 зажигания и стабилизации дуги, который выполнен на накопительном 17 и коммутирующем 18

5 конденсаторах, насыщающемся дросселе 19, импульсном трансформаторе 20 с первичной 21 и вторичной 22 обмотками, разделительном конденсаторе 23. Возбудитель импульсов 16 содержит входные выводы 24 и 25 и выходные выводы 26 и 27. Эквивалентная схема силового трансформатора 1 (фиг.2) содержит, кроме первичной 2, вторичной 3 обмоток и магнитопровода 4. индуктивности 28 и 29 взаимосвязи вне магнитопровода 4 и индуктивности 30 и 31 рассеяния.

Эквивалентная схема (фиг.З) возбудителя импульсов 16. кроме того, содержит генератор 32 скачка и эквивалентную индуктивность 33.

Сварочный трансформатор для работ в особо опасных условиях (фиг.4) дополнительно включает три коммутатора 34-36. выключатель-предохранитель 37. а обмотка 5 дросселя и обмотки 2 и 3 силового трансформатора выполнены секционными.

Сварочный трансформатор (фиг.5) для работ в нормальных условиях дополнительно содержит дополнительную обмотку 38 силового трансформатора 1. первичная обмотка 2 которого выполнена с развитым магнитным рассеянием.

Сварочный трансформатор универсального типа (фиг.б) содержит дополнительную обмотку 39 дросселя.

Выходные выводы 24 и 25 возбудителя импульсов 16 зажигания и стабилизации дуги подключены к выводам дополнительной обмотки 39 дросселя, а выходные выводы 26 и 27 подключены к выходным выводам 10 и 11 сварочного трансформатора. Накопительный конденсатор 17 подключен к входным выв,одам 24 и 25 возбудителя импульсов 16, а последовательная цепь из коммутирующего конденсатора 18, насыщающегося дросселя 19 и первичной обмотки 21 импульсного трансформатора 20 включена параллельно накопительному конденсатору 17.

Вторичная обмотка 22 через разделительный конденсатор 23 подключена к выходным выводам 26 и 27 возбудителя импульсов 16.

Трансформатор работает следующим образом.

При подключении устройства к выводам 7 и 8 питающей сети переменного тока при холостом ходе на-выходе магнитопровод 4 силового трансформатора насыщается каждый полупериод. :

Виртуальное напряжение 40 (напряжение сети, трансфомироаанное идеальным трансформатором с коэффициентом трансформации, равным коэффициенту трансформации силового трансформатора; когда силовой трансформатор работает в ненасыщенном режиме, напряжение на его вторичной обмотке почти равно виртуальному) и напряжение 41 на вторичной обмотке 3 силового трансформатора 1 представлены на фиг.7,а. При рабочая точка отрицательной характеристики 13 соответствует насыщенному состоянию силового трансформатора и далее движется вправо (фиг.1), создавая положительный фронт 42. Затем рабочая точка проходит через О, что соответствует выходному напряжению 41 (фиг.а), проходит положительную ветвь 15, что соответствует отрицательному фронту 43.

Следующий полупериод устройство работает аналогично описанному.

При насыщении магнитопровода 4 (фронт 43} все напряжение приложение к обмотке 5 дросселя и его ток 44 (фиг.7, 8)

возрастает. Таким образом, в отличие от прототипа даже на холостом ходу в первичной обмотке 2 силового трансформатора 1 течет значительный ток (влияние этого будет описано далее). При подключении сварочной дуги 12 насыщение магнитопровод. 4

силового трансформатора 1 прекращается.

Виртуальное напряжение 40 остается

прежним, а форма напряжения 45 на дуге

(фиг.7,в) и форма тока 46 в первичной обмотке (фиг.7,г) как в прототипе.

При условии непрерывности дуги фазовый сдвиг может меняться от минимально возможного 32 до 74°. Этот угол никак не связан с углом насыщения силового трансформатора #х.х (фиг.7,а) на холостом ходу. .

Отношение

х.х

КЗ

, где 1х.х - ток холостого хода; 1к.э - ток в первичной обмотке 35 при коротком замыкании на выходе, определяется формулой

v

.IX.X

КЗ

(I - 1) V2 arccoilT,

л

где Ј cos #Vx которое назовем заполненность.

График зависимости ty F (Ј) показан на фиг.8.

Заполненность Ј означает отношение средневыпрямленного напряжения на пер- . вичной обмотке 2 силового трансформатора 1 к средневы прямлен ному напряжению се- ти. Из графика (фиг.8) видно, что Ј 1 1х. (без учета тока намагничивания I и транс- Форматора), что очевидно, так как трансформатор не насыщается. При Ј 0,6IX x 0,3IK.3. Потери от этого тока в сопротивлении первичной обмотки составляют 10% от потерь при работе сварочной дуги, что может быть приемлемо.

Из графиков видно, что напряжение скачка при этом составляет 0,5 амплитуд напряжения.

Фронты зависят от резкости характеристики ). В экспериментах эти фронты были 0.3-0,5т с при Гц. Вероятно, эти фронты могут быть укорочены соответствующим выбором материала.

Возбудитель импульсов 16 зажигания и стабилизации дуги (фиг.З) работает от скачка напряжения генератора 32 (фиг.З). Эквивалентная индуктивность 33 зависит от конкретной схемы включения возбудителя импульсов 16.

Фронты напряжения генератора 32 скачка могут быть равны 0,3-0,5пгс, если эти скачки напряжения вызваны насыщением сердечника магнитопровода. Если эти скачки вызваны разрывом дуги, то фронт их значительно короче. В первом случае имеет место возбуждение дуги, во втором ее стабилизации, т.е. возбуждение дуги обратной полярности после погасания. Временные диаграммы (фиг.9) работы возбудителя импульсов 16 представляют: форму импульса 47 при крутом фронте;

48 при пологом 49 на накопительном конденсаторе 17 при крутом фронте

50 пологом - Когда вольт-секундная площадь насыщающегося дросселя 19 равна вольт-секундной площади импульса 50 (фиг.9) дроссель 19 насыщается и к первичной обмотке 21 импульсного трансформатора 20 приложен импульс напряжения 51 с крутым фронтом.

В экспериментах фронт импульса напряжения 51 равен 5 мкс, амплитуда 150 В. На обмотке 22 импульсного трансформатора 20 амплитуда может достичь 1000 В. Через разделительный конденсатор 23 этот импульс передается выходным выводам 10 и 11 и возбуждает дугу 12 или стабилизирует. Длительность импульса зависит от вольт-секундной площади импульсного трансформатора 20 и должен быть выбран достаточным для возбуждения дуги (практически 20 мкс).

Таким образо М, использование силового трансформатора 1 с насыщающимся маг- нитопроводом 4 и введение дросселя с обмоткой 5 позволило не только уменьшить габариты устройства за счет лучшего использования магнитопровода 4 силового трансформатора 1 и повысить безопасность работы с устройством за счет ограничения средневыпрямленного напряжения, но и создало возможность естественной синхронизации от фронтов импульсов напряжения с помощью возбудителя импульсов 16, не со- держтце1 о сложных электронных компонентов

Для работы в особо опасных условиях необходимо иметь выходное напряжение холостого хода в сварочном трансформаторе 5 25 В. Для этого в схеме устройства

предусмотрена возможность регулировки выходного тока за счет коммутаций секций обмоток силового трансформатора 1 переключателем, позволяющим менять заполненность Ј.

. Приуменьшении Ј до 0,1 выходное напряжение превращается в короткий импульс с амплитудой 250 В, что способствует возбуждению дуги при низком средневыпрямленном напряжении 25В.

Переключение выходного напряжения возможно с помощью коммутатора 34 в небольших пределах (20-25 В). Возможно снижение напряжения и менее напряжения

горения дуги (20 В), но при этом то с дуги будет прерывистым.

Как видно из фиг.8, при малой заполненности Ј ток 1х.х возрастает и приближается к 1к.з. Так как этот режим нежелателен, то

предусмотрена регулировка витков обмотки 5 дросселя с помощью коммутатора 36. Для улучшения формы импульса целесообразно использовать в насыщающемся дросселе 19 сердечник с ППГ.

Выключатель-предохранитель 37 служит для защиты сети питающего напряжения. Приведенная-схема предлагаемого устройства позволяет получить массу в 3 раза , чем в прототипе.

Для работы в нормальных условиях может быть использован сварочный трансформатор (фиг.5), в котором максимально уменьшены габариты.

При этом первичная обмотка 2 силового

трансформатора 1 выполнена с развитым

магнитным рассеянием, т.е. конструктивно увеличена индуктивность рассеяния первичной обмотки, что позволяет значительно уменьшить габариты дросселя. Эта схема

позволяет получить устройство с массой в 6 раз , чем в прототипе.,Дополнительная обмотка 38 силового трансформатора 1 служит - для передачи скачкое напряжения на возбудитель импульсов 16.

Универсальная схема (фиг.6) сварочного трансформатора позволяет использовать преимущество упомянутых схем предлагаемого устройства за счет использования дополнительной обмотки 39 дросселя и распределения индуктивности между дросселем и первичной обмоткой силового трансформатора 1, что в 5 раз уменьшает массу по сравнению г. прототипом.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить габариты и обезопасить работу сварщика.

(56) Авторскс-э свидетельство СССР М 1501180, кл. Н01 F 31/06. 1987. Авторское свидетельство СССР № 1563910, кл. В 23 К 9/00. 1988.

Использование: питание сварочной дуги переменного тока Сущность изобретения: устройство содержит силовой трансформатор, дроссель и возбудитель импульсов зажигания и стабилизации дуги. Дроссель включен в первичную цепь силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен насыщающимся San. ф-лы,9ия

Формула изобретения

, 1. СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена первым выводом к первой клемме питающей сети переменного тока, а выводы вторичной обмотки подключены к выходным клеммам, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и обеспечения безопасности, он снабжен дросселем, а маг- нитопровод силового трансформатора выполнен насыщающимся, причем обмот- ка дросселя включена между вторым выводом первичной обмотки силового трансформатора и второй клеммой питающей сети переменного тока.

.,-,

10

15

20 зо

25

35

первичной обмотки.

15

Н,А/

н

ш г-ю

Фиг.

ш

оЛ

:УЈ

Фиг. 2

Фиг.З

j

7

/Z

Ј

Ј Ыф

еижш

оо

СС

о со со

О 0,2 M 0,5 OJS W ..,

№ J

0«

kB 3001

0

/

t

1 I t,m

. 9