Регулируемый трансформатор для дуговых и плазменных установок

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (IQ(SU (II) А1 (51) 4 Н 01 F 31/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3851001/24-07 (22) 12.02.85 (46) 07.03.88. Бюл.1 9 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) С.А.Калинников, В.А.Троицкий, А.А.Дондыш, +.Ô.Äèòëåð, В.Я.Сазонов, Г.Н.«11вец и В,Н.Оленич (53) 621.314.214(088.8) (56) Патент ГДР В 112027, кл. Н 01 F 31/06, 1974.

Патон Б.E. Лебедев В.К. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки.- М.: Машиностроение, 1966, с,158. (54)(57) I. РКГУЛИРУЕМКЙ ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ДУГОВ11Х И ПЛАЗМЕННЫХ УСТАНОВОК, содержащий магнитопровод, выполненный из основной и дополнительной частей, основная часть выполнена в виде двух ярм и стержней и на ней со стороны одного ярма установлена дополнительная часть, первичную и вторичные обмотки, одна из которых выполнена из нескольких последовательно соединенных частей, одна из кото« рых располохена на основном магнит проводе, а другая на дополнительном магнитопроводе, регулирующее средство, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости изготовления, повышения КПД и расширения диапазона регулирования, дополнительная часть магнитопровода выполнена в виде одного ярма и стержней и пристыкована к основной части, через немагнитные прокладкн из нескольких частей выполнена первичная обмотка, средство регулирования вы" . полнено в виде управляемых ключей и подключено параллельно одной из частей первичной обмотки.

2. Трансформатор по п.l, о т л и— ч а ю шийся тем, что он снаб" жен другой дополнительной частью магнитопровода, установленной на основной части магнитопровода со стороны другого ярма.

1379813

Изобретение относится к сварочным источникам питания и может быть применено в других областях электротехники, где требуется плавное регулирование тока нагрузки без разрывов его формы кривой °

Цель изобретения — уменьшение трудоемкости изготовления, повышение

КПД и расширение диапазона регулиро10 вания.

На фиг.1 представлена конструктивная схема предлагаемого трансформатора; на фиг.2 — приниципиальная электрическая схема трансформатора; на 15 фиг.3 — граничные естественные внешние характеристики предлагаемого трансформатора с одним немагнитным зазором в стержнях, выполненным в виде двух последовательных зазоров; 20 на фиг. 4-6 — принципиальная электрическая и конструктивные схемы соответственно однофазного и трехфазного трансформаторов с двумя немагнитными зазорами в стержнях магнитопро- 25 водя; на фиг.7 — один из вяраинтов конструктивной схемы предлагаемого трансформатора с подвижной частью магнитопровода; на фиг.8 и 9 — семейства внешних характеристик в крайних 30 положениях поднюкной части магнитопровода трансформатора по фиг.7.

Трансформатор (фиг.l) имеет магнитопровод 1, состоящий из замкнутой части 2, имеющей стержни и два ярма, и разомкнутой части 3, имеющей стержни и одно ярмо. На замкнутой части магнитопровода размещены часть первичной обмотки 4 и вторичная обмотка

5. На разомкнутой части магнитопро- 40 вода расположена вторая часть первичной обмотки h. Между разомкнутой и замкнутой частями магнитопровода имеется иемагнитный зазор, выполненный в виде двух последовательных зазоров 1. Части 4 и б первичной обмотки соеди ены последовательно-согласно (фиг.2). К виткам б первичной обмотм- подключены параллельне-биполярно соединенные тиристоры 8, снабженные

50 схемой 9 фазовог;: управления.

В трансформаторе (фиг.4 и 5) магнитопровод 1 может иметь дополнительную вторую разомкнутую часть 1О магнптnпрoвoда, на к ор и размещена до"55 полнительная третья часть ll первичной обмотки, а между частями 2 и II магнитопровода имеется дополнительный немагнитный зазор 12.

Кроме того, части первичной 4 и вторичной 5 обмоток в этом TpRHcAop» маторе расположены концентрично относительно друг друга.

Трансформатор (фиг.6) может иметь в три раза большее количество обмоток и групп биполярно соединенных тиристоров, Для использования трансформатора для различных видов сварки, а также для выполнения сварки с минимальным разбрызгиванием электродного металла важно иметь возможность регулировать наклон внешних характеристик трансформатора.

С этой целью по крайней мере одну разомкнутую часть магнитопровода выполняют подвижной. Любое движение разомкнутой части 3 относительно замкнутой части 2 магнитопровода позволя ет изменить наклон внешних характери стик. Поэтому устройства для обеспечения движения разомкнутой части мо» гут быть разнообразными. Наиболее перспективным регулированием является перемещение разомкнутой части 3 магнитопровода вдоль вертикальной плоскости трансформатора (фиг.7) или поворачивание ее вокруг вертикальной осн трансформатора.

Механизм перемещения разомкнутой части 3 магнитопровода трансформатора (фиг.7) выполнен в виде двух синхронно вращающихся винтов 13 и 14, одни кон уt которых расположены в подшипниках 15 и lб, укрепленных на замкнутой части 2 магнитопровода, а другие концы этих винтов — в подшипниках

17 и 18, укрепленных на ко ухе трансформатора. Синхронное вращение винтов

l3 и 14 обеспечивается рукояткой 19 и шестернями 20 — 2?. Подшипник рукоятки 19 укреплен на кожухе трансформатора. Винты 13 и 14 сообщаются с подвижной частью магнитопровода через соответствующие резьбовые отверстия 23 и 24.

Трансформатор (фиг.l и 2) работает следующим образом. регулирование и трансформаторе осущсствляется изменением угла включения тиристоров 8. Нижний диапазон регулирования тока нагрузки (кривая а, фиг.3) имеет место при включенных тиристорах 8. В этом случае сопротивление короткого замыкания трансформатора определяется суммой сопротивлений обмотки 6 (7.,,з) и об1379813 моток 4 и 5 (i « ), что обеспечивает необходимый минимальный ток короткого замыкания (Х и к э ). На холосмим том ходу трансформатора благодаря не- 5 магнитному зазору 7 сопротивление части 6 первичной обмотки мало н напряхение сети практически все прикладывается только к части первичной обмотки 4. Поэтому вторичное напряже-10 ние трансформатора на холостом ходу определяется формулой

U = U— W, 20

1 р(>

7,,>+ Z« где 7,, — сопротивление части 6 пер55 ничной обмотки.

Предлагаемьп трансформатор с концентрическим располохением обмоток

4 и 5 полезно используется в импульсгде U < — первичное напряжение сети; — количество витков вторичной обмотки; количество витков части 4 первичной обмотки, и имеет максимальное значение.

Верхний предел диапазона регулирования тока нагрузки (кривые Ь и с, фиг.3) реализуется, когда тиристоры

8 включены в течение всего периода. 25

При этом часть первичной обмотки

6 закорачивается и сопротивление короткого замыкания трансформатора, определяемое только сопротивлением обмоток 4 и 5 (Z, ), имеет минималь- 30 ное значение.

При концентрическом расположении обмоток 4 и 5 относительно друг друга наклон внеиней характеристики (кривая

Ь, фиг.3) незначителен, в другом крайнем случае, когда эти обмотки расположены на разных стержнях (фиг.l), внещняя характеристика получается круглопадающей; (кривая с, фиг.3).

Плавно изменяя угол включения тиристоров 8, формируют семейство искусственных вненних характеристик, располагаемых в области ограниченной естественными внвшними характерис.л- 45 ками а и Ь или Ь и с (фиг.3). Напряжение холостого хода трансформатора при этом остается практически постоянным и имеет максимальное значение.

Диапазон регулирования тока нагрузки определяется формулой

Ht.Ix cBàðî÷Híõ установках, гд тиристоры 8 включаются в течение только некоторой части периода и вс» рабочие внещние характеристики формиру тся искусственно. Для обычной дуговой и плазменной сварки, где необходимы минимальные искажения формы кривой тока нагрузки, обмотки 4 и 5 удаляют друг от друга, повыщая магнитпое рассеяние трансформаторов. При этом вненняя характеристика с (фиг,3) при включенных в течение всего периода тиристорах 8 имеет наклон, необходимый для номинального режима сварки.

Использование для сварки обеих естественных внещних характеристик а и с (фиг.3) в значительной мере снижает искахение формы кривой тока. Однако повышенное магнитное рассечение приводит к больним добавочным потерям и поэтому для изготовления кожуха трансформатора требуются дорогие и дефицитные немагнитные материалы.

В трансформаторе по фиг.4 и 5 магнитные потоки рассеяния благодаря концентрическому расположению обмоток

4 и 5 сведены до минимума.

Поэтому такой трансформатор имеет выче КПД, а для изготовления кожуха могут применяться обычные конструкционные материалы из деиевой стали.

Однако такой трансформатор несколько тяжелее (10-15%), так как в конструкции имеется дополнительная разомкнутая часть 10 с обмоткой )1.

Поэтому трансформатор (фиг.l и 2) с повыненным магнитным рассеянием обмоток 4 и 5 целесообразно применять в тех случаях, когда реюающим фактором является малый вес оборудования, например в сварочных установках, предназначенных для работы на монтаже, а в других случаях предпочтительно применение трансформатора (фиг.4 и 5) с концентрическим расположением обмоток 4 и 5 относительно друг друга трансформатор (фиг,4 и 5) работает следующим образом.

Минимальный сварочный ток получают так же, как и в трансформаторах по фиг.l и 2, при включенных тиристорах

8. При этом максимальное значение индуктивного сопротивления трансформатора определяется витками силовых обмоток 4-6 и 11 и суммарной величиной немагнитных зазоров 7 и 12. На холостом ходу трансформатора благоцаря немагнитным зазорам 7 и 12 ин1179Ы 1

Рассмотрим работу этого трансформатора в крайних положениях подвижной части магнитопронода. Если при вращении рукоятки 19 разомкнутуи часть

3 магнитопронода перемещают к замкнутой части 2 магнитопровода и фиксируют на расстоянии не более, чем 0,5 мм друг от друга (максимальное значение этого расстояния обусловлено технологией сборки), то при нкличенных тиристорах 8 напряжение сети 1>, прикладывается к обеим частям 4 (W,с ) и 6 (W<>) первичной обмотки. Напряжения и обмотках трансформатора определяится по формулам

50 дуктинное сопротивление обмоток 6 и

ll мало по сравнении с сопротивлением обмотки 4 и вторичное напряжение трансформатора имеет максимальное значение.

Максимальный сварочный ток получают, когда тиристоры 8 включены н течение всего периода. В этом случае витки части б первичной обмотки шун- 10 тируится этими тиристорами и индук-. тивное сопротивление определяется витками части 4 и 11 первичной обмотки, вторичной обмотки 5 и величиной только одного немагнитного зазора 12. При этом трансформатор имеет минимальное индукционное сопротивление и внешняя характеристика совпадает с внешней характеристикой с (фиг.3). 20

Плавное изменение сварочного тока достигается фазоным управлением тиристорон 8. Таким образом, во нсех рассмотренных предлагаемых трансформаторах по сраннении с известными при 25 регулировании тока нагрузки для поддержания вторичного напряжения холостого хода неизменными нет необходимости применять в схеме 9 фазового управления тиристорон 8 цепи обратной 30 связи по току и напряжении, вследствие чего удается н значительной степени упростить схему управления тран-. сформатора, повысить ее надежность и выполнить ее,более компактной, а также уменьшить разбрызгивание электродного металла и IIoBhtcHTb качество сварных швов.

Для обеспечения воэможности введения дуговой и плазменной сварки с щ различным наклоном внешних характеристик служйт предлагаемый трансформатор по фиг.7.

1 1( (l) l < «o

11 — IJ

>/ +

0 = ;----- ;,-- — коэффициент шун1 о

+ тиронания, зависящий от сооТНогде шения комплексных сопротивлений обмотки

W, (7.,з) и обмоток W1О, Wã(Z )

Внешняя характеристика при этом (фиг.9) обозначена буквой е.

Верхний предел диапазона регулирования вторичного напряхения (внешняя характеристика 6, фиг.8) получается, когда тиристоры 8 включены н течение нсего периода. В этом случае обмотка закорочена накоротко и ее сопротивление равно О. При этом коэффициент ранен 1 и вторичное напряжение трансформатора определяется

1"4 формулой U,, = U, — и имеет макси Х > мальное значение.

Плавно изменяя угол включения тиристоров 8, устананливаит промежуточные значения вторичного напряхения. Искусственные внешние характери стики, получаемые при этом, располагаится между естественными внешними характеристиками d и е (фиг.8).

При вращении рукоятки 19 в обратном направлении разомкнутая часть 3 магнитопровода перемещается также в противоположном направлении, увеличивая немагHHTHhN 3 ol> 7 B стержнях.

В этом случае при выключенных тиристорах 8 сопротивление (Z, ) части 6 первичной обмотки благодаря большим зазорам 7 мало и напряжение сети прикладывается только к части 4 витков первичной обмотки и вторичное напряжение холостого хода трансформатора максимально.

При подкличении нагрузки внешняя характеристика трансформатора крутопадаищая (е, фиг.9), так как трансформатор имеет большое сопротивление короткого замыкания. Верхний предел диапазона регулирования (внешняя характеристика <1, фиг.9) сварочного тока получается, когда тиристорм 8 вкличенм в течение всего периода.

Часть 6 первичной обмотки при этом!

3798!3 эакорачивается и трансформатор имеет максимальное сопротивление короткого замикания.

1379813

haec ка.

1379813 ма

Составитель В.Мясникова

Редактор 0 ° I пловач ТехредА.Кравчук Корректор Л. Пилипенко

Заказ 984/51

Тирах 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ухгород, ул.Проектная,4