Патент на изобретение №2207942
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
(57) Реферат: Изобретение относится к сварке и может быть использовано в установках для дуговой сварки. Технический результат – снижение массогабаритных показателей и расширение диапазона плавно регулируемого сварочного тока при низком уровне потребляемой из сети мощности и высокой надежности в работе. Однофазный трансформатор имеет двухстержневой магнитопровод, первичную и две вторичных обмотки. Каждая из обмоток подключена к своему неуправляемому выпрямителю. Выходы обоих выпрямителей подключены параллельно дуговому промежутку. Первичная и каждая из вторичных обмоток выполнены в виде двух последовательно и согласно соединенных секций. Секции первичной обмотки разнесены на разные стержни. Вторичные обмотки также разнесены на разные стержни. Первые равновысокие секции первичной и первой вторичной обмотки расположены на одинаковом расстоянии от одного ярма магнитопровода, вторые равновысокие секции – вторая первичной и первая второй вторичной обмоток – на одинаковом расстоянии от другого ярма. Плавное регулирование сварочного тока осуществляется с помощью подвижного магнитного шунта, расположенного в окне магнитопровода между первыми секциями первичной и первой вторичной обмоток и второй секцией первичной и первой секцией второй вторичной обмоток. 3 ил. Изобретение относится к сварке и может быть использовано в установках для дуговой сварки. Известны источники питания для дуговой сварки, содержащие трансформатор, один неуправляемый выпрямитель и сглаживающий дроссель [Патон Б.Е., Лебедев В. К. Электрооборудование для дуговой и контактной сварки. Машиностроение, -М. , 1966] и [3акс М.И. Сварочные выпрямители. Энергоатомиздат, -Л., 1983]. Они просты и надежны в эксплуатации, однако имеют повышенную массу меди и потребляют большую мощность из электрической сети. Для снижения этих показателей довольно часто в таких установках используют импульсные стабилизаторы дуги и другие устройства, обеспечивающие повышенное напряжение на дуговом промежутке при зажигании дуги [Пентегов И.В., Латанский В.П., Склифос В.В. Малогабаритные источники питания с улучшенными энергетическими показателями. В сб. Новые сварочные источники питания. Киев, 1992]. Кроме того, используются источники питания, в которых имеются два параллельно соединенных управляемых или неуправляемых моста, подключенных параллельно нагрузке, один из которых имеет повышенное напряжение холостого хода, необходимое для зажигания дуги [а.с. СССР 1687392, кл. В 23 К 9/00, 1988 г.] и [Бродягин В.Н., Гужавин А.А., Юркевич А.М. Разработка однофазных источников питания для дуговой сварки. В сб. трудов ВНИИ МСС. -М., 1997, с.42-46]. Недостатками этих источников являются низкая надежность, трудность ремонта, что связано с использованием в них электронных схем и сложных систем управления ими. Некоторые из перечисленных источников, не имеющие электронных схем, отличаются повышенными массогабаритными показателями. В качестве прототипа изобретения выбран источник питания для дуговой сварки, содержащий однофазный трансформатор с двумя стержнями, двумя секциями первичной обмотки, расположенными на разных стержнях, и двумя вторичными обмотками, каждая из которых состоит из двух секций [патент РФ 2141888 на изобретение “Источник питания для дуговой сварки”, Комарчев А.И., Сахно Л.И., Сахно О.И., Федоров П.Д. Бюл. 33, 1999]. Вторые секции вторичных обмоток расположены поверх разных секций первичной обмотки. Первые равновысокие секции вторичной обмотки расположены на одинаковом расстоянии от одного ярма магнитопровода, а равновысокие секции первичной обмотки – на одинаковом расстоянии от другого ярма. Напряжение холостого хода одной вторичной обмотки составляет 60-70 В, другой – в 1,5-2 раза меньше. Первая из обмоток с подключенным к ней вспомогательным выпрямителем служит для возбуждения и устойчивого горения дуги, другая обмотка и основной выпрямитель обеспечивают рабочий ток при сварке. Регулирование сварочного тока осуществляется с помощью подвижного магнитного шунта, расположенного в окне магнитопровода между первичной и первыми секциями вторичных обмоток. Несмотря на то, что первые секции вторичных обмоток, имеющие повышенную индуктивность рассеяния, конструктивно разнесены на разные стержни, взаимодействие потоков рассеяния этих обмоток влияет на токи в них. В результате при прохождении тока порядка 30 А по обмотке вспомогательного выпрямителя напряжение холостого хода (хх) на обмотке основного выпрямителя UXXOB Недостатками этого источника являются повышенные масса и габариты и ограничение диапазона регулирования сварочного тока. В основу изобретения положена задача – создать источник питания для дуговой сварки, обеспечивающий высокие сварочно-технологические свойства в широком диапазоне изменения сварочного тока (легкость зажигания дуги, ее устойчивое горение, малое разбрызгивание металла) при низком уровне потребляемой из сети мощности и высокой надежности работы. Источник должен быть прост в изготовлении, иметь сниженные массогабаритные показатели, обеспечивать возможность плавного регулирования тока. Поставленная задача решается тем, что источник питания для дуговой сварки, содержащий первый и второй выпрямители, параллельно подключенные к дуговому промежутку, и однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом, двумя ярмами, окном магнитопровода и подвижным магнитным шунтом, имеющий первичную и первую и вторую вторичные обмотки, первая из которых соединена с первым выпрямителем, а вторая вторичная обмотка – со вторым выпрямителем, причем первый и второй выпрямители выполнены на основе неуправляемых вентилей, а первичная и каждая вторичная обмотки выполнены в виде двух последовательно и согласно соединенных секций, при этом на каждом стержне магнитопровода друг над другом расположены секция первичной обмотки и первая секция одной из вторичных обмоток, вторая секция которой расположена поверх указанной секции первичной обмотки. Согласно изобретению первые секции первичной и первой вторичной обмотки расположены на одинаковом расстоянии от одного ярма магнитопровода, а вторая секция первичной и первая секция второй вторичной обмоток – на одинаковом расстоянии от другого ярма. Для обеспечения плавного регулирования сварочного тока первые секции первичной и первой вторичной обмоток выполняются равновысокими. Кроме того, равновысокими выполняются вторая секция первичной и первая секция второй вторичной обмоток, а между указанными группами равновысоких секций обмоток в окне магнитопровода располагается магнитный шунт. В заявленном источнике первые секции вторичных обмоток, соединенные с основным и вспомогательным выпрямителями, располагаются на разных стержнях магнитопровода напротив соответствующих секций первичной обмотки, а не напротив друг друга, как это сделано в прототипе. Проведенные эксперименты показали, что такое расположение обмоток приводит к увеличению напряжения хх обмотки основного выпрямителя при прохождении тока по обмотке вспомогательного выпрямителя, а не к его снижению, как в прототипе. Например, при прохождении тока порядка 30 А по обмотке вспомогательного выпрямителя напряжение хх первой секции обмотки основного выпрямителя увеличивается почти на 20%. Это дает возможность получить заданный рабочий ток и крутопадающую внешнюю характеристику выпрямителя при более низком, чем в прототипе, значении напряжения хх основного выпрямителя и, следовательно, снизить массу и габариты выпрямителя. Опыт показал, что повышение UXXOB при прохождении тока по обмотке вспомогательного выпрямителя повышает устойчивость горения дуги при полностью вдвинутом магнитном шунте. Физическое явление, которое лежит в основе настоящего изобретения, можно объяснить, проанализировав уравнения равновесия эдс трехобмоточного трансформатора, данные, например, в [Петров Г.Н. Электрические машины, в трех частях, часть 1. М., Энергия, 1974, на стр.127, формулы (2-158), (2-159)]. Все параметры в этих уравнениях приведены к виткам первичной обмотки: где – напряжение хх первичной обмотки; – токи во вторичных обмотках 2 и 3; – напряжение на нагрузках обмоток 2 и 3; Zк12 – сопротивление, найденное из опыта короткого замыкания (кз) обмотки 2 при разомкнутой обмотке 3; Zк13 – сопротивление, найденное из опыта кз обмотки 3 при разомкнутой обмотке 2. Z1=1/2(Zк12+Zк13-Zк23), (2) Zк23 – сопротивление кз обмотки 2 при питании со стороны обмотки 3 и разомкнутой обмотке 1. Для удобства изложения назовем обмотку вспомогательного выпрямителя обмоткой 2 трехобмоточного трансформатора, данного в известном источнике [Петров Г. Н. Электрические машины, в трех частях, часть 1. – М., Энергия, 1974], а обмотку основного выпрямителя – обмоткой 3 и приведем параметры первого из уравнений (1) к виткам обмотки 2, а параметры второго – к виткам обмотки 3: где – напряжение хх обмоток 2 и 3 при разомкнутых обеих обмотках 2 и 3. Из уравнений (3) видно, что при протекании тока по обмотке 2 вспомогательного выпрямителя и разомкнутой обмотке 3 основного выпрямителя напряжение на ее зажимах может быть больше или меньше напряжения хх в зависимости от знака сопротивления Z1. Знак Z1 в свою очередь зависит от соотношения параметров Zк12, Zк13 и Zк23 в формуле (2). В заявленном источнике первые секции обмоток основного и вспомогательного выпрямителей расположены на значительном расстоянии друг от друга, поэтому Zк12+Zк13 – увеличение напряжения холостого хода секции 9 обмотки, соединенной с основным выпрямителем; – обеспечение сдвига фаз токов основного и вспомогательного выпрямителей; – возможность одновременно плавно регулировать токи основного и вспомогательного выпрямителей; – улучшение устойчивости горения дуги при полностью вдвинутом в магнитопровод магнитном шунте. Эффективность заявленного выпрямителя подтверждается следующим примером. На базе серийно выпускаемого бытового сварочного выпрямителя ВСБ-101 [Выпрямитель сварочный бытовой ВСБ-101, рекламный проспект АО “Электрик”, СПб.] – аналога авторами разработан макет источника питания для ручной дуговой сварки, содержащий два параллельно соединенных неуправляемых выпрямителя, один из которых обеспечивает зажигание дуги, а другой – рабочий ток. Трансформатор имеет двухстержневой магнитопровод и магнитный шунт. Напряжение холостого хода источника составляет 65 В, отношение тока короткого замыкания 1,5. Регулирование сварочного тока плавное от 60 до 150 А (у аналога от 40 до 100 А). Продолжительность нагрузки ПН=60% при токе 130 А (у аналога ПН= 20% при токе 100 А). Испытания источника показали его высокие сварочно-технологические свойства – легкость зажигания и устойчивость горения дуги, малое разбрызгивание металла, высокую эластичность дуги. Достигнут низкий уровень потребления мощности из сети, например, при рабочем токе 100 А сетевой ток не превышает 21 А (у аналога 36 А). Масса макета 32 кг, аналога – 50 кг. По сравнению с прототипом заявленный источник имеет следующие преимущества: – снижение массогабаритных показателей установки; – расширение диапазона регулирования сварочного тока. По сравнению с аналогом масса выпрямителя снижена приблизительно на 50% при повышении номинального тока на 30% и увеличении ПН в 3 раза. Кроме того, снижен ток, потребляемый из сети. Таким образом, заявленный источник обеспечивает снижение массогабаритных показателей установки, высокие сварочно-технологические свойства при низком уровне потребляемой из сети мощности и плавном регулировании сварочного тока в широком диапазоне. Формула изобретения Источник питания для дуговой сварки, содержащий первый и второй выпрямители, параллельно подсоединенные к выходам источника питания, и однофазный трансформатор с двухстержневым магнитопроводом, двумя ярмами, окном магнитопровода и подвижным магнитным шунтом, имеющий первичную и первую и вторую вторичные обмотки, первая из которых соединена с первым выпрямителем, а вторая вторичная обмотка – со вторым выпрямителем, причем первый и второй выпрямители выполнены на основе неуправляемых вентилей, а первичная и каждая вторичная обмотки выполнены в виде двух последовательно и согласно соединенных секций, при этом на каждом стержне магнитопровода друг над другом расположены секция первичной обмотки и первая секция одной из вторичных обмоток, а вторая секция этой вторичной обмотки расположена поверх указанной секции первичной обмотки, отличающийся тем, что первая секция первичной обмотки и первая секция первой вторичной обмотки выполнены равновысокими и расположены на одинаковом расстоянии от одного ярма магнитопровода, а вторая секция первичной обмотки и первая секция второй вторичной обмотки также выполнены равновысокими и расположены на одинаковом расстоянии от другого ярма, при этом в зазоре между торцами упомянутых обмоток установлен подвижный магнитный шунт. РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 08.12.2003
Извещение опубликовано: 20.04.2006 БИ: 11/2006
|
||||||||||||||||||||||||||