Сварочный трансформатор

 

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

(в) Я((11) 1839648 АЗ (Я) ВЗ К 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН менного 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 насыщаацюка 5 зп. ф-лы,9 ил.

1я

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCt) (21) 4865623/08 (22) 23.09.90 (ч6) 30.12.93 Бюл. hh 48-47 (76) Буденный Анатолий Павлович (54) СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР (57) Использование: питание сварочной дуги пере /

1839648

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для питания сварочной дуги переменного тока, и мажет быть использовано s любой области техники в качестве источника питания с падающи,ми внешними характеристиками.

Известен сварочный трансформатор, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через ключи подключена к выводам питающей сети переменного тока„а вторичная обмотка — к выходным выводам (1).

Недостатком этого устройства является зчачительные габариты, обусловленные требуемым режимом работы.

Наиболее близким к предлагаемому является сварочный трансформатор, сОдержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого первым выводом подклю; чена к первому выводу питающей сети переменного —îêà,,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 нап«ряжения 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 сварочныи трансформатор, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого первым выводом подключена к первому выводу пи1ающей сети переменного —îêà,,а выводы вторичной обмотки являются выходными выводами, введен дроссель, магнитопровод силового трансформатора выполнен насыщающимся, причем обмотка дросселя включена между вторым выводом первичной обмотки силового трансформатора и вторым выводом питающей сети переменною 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, прицем входные выводы возбудителя импульсов зажигания и стабилизации дуги подключены к вь«водам дополнительной обмотки дросселя. а выходные выводы подключены к выходным выводам сварочноro трансформатора, При этом возбудитель

55 импульсов зажигания и стабилизации дуги выполнен в виде накопительного конденсатора, подключенного к входным выводам возбудителя импульсов, параллельнг« которому 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 магнитопровода силового трансформатора позволило значительно уменьшить габариты силового трансформатора эа счет использования магнитопровода меньшего сечения, а введение дросселя позволило обеспечить соответствующий режим работы устройства за счет ограничения тока короткого замык"-ния при насыщении сердечника.

На фиг.1 дана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства с характеристикой магнитопровода; на фиг.2 — эквивалентная схема предлагаемого устройства с использованием возбудителя импульсов, на фиг.3 — эквивалентная схема возбудителя импульсов; на фиг.4 — 6 — практические схемы предлагаемого устройства для различных областей использования; на фиг.7 — временные диаграммы работы устройства; на фиг.8 — «-рафик зависимости ф = F ®; на фиг,9 — временные диаграммы работы возбудителя импульсов.

Сварочный трансформатор (фиг,1) содержит силовой трансформатор 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками и насыщающимся магнитопроводом 4 и об мотку 5 дросселя. Первый вывод 6 первичной 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, выводы 10 и 11 вторичной обмотки 3 которого явля ются выходн ы ми выводами для подключения к сварочной дуге 12. Магнитопровод 4 силового трансформатора 1 имеет насыщающуюся характеристику 13 с отрицательной 14 и положительной 15 ветвями.

Сварочный трансформатор может содержать возбудитель импульсов 16 зажигания и стабилизации дуги, который выполнен на накопительном 17 и коммутирующем 18 конденсаторах, насыщающемся дросселе

19, импульсном трансформаторе 20 с первичной 21 и вторичной 22 обмотками, разделительном конденсаторе 23. Возбудь:.тель импульсов 16 содержит входные выводы 24 и 25 и выходные выводы 26 и 27. Эквивален)839648

5 дросселя и обмотки 2 и 3 силового трансформатора выполнены секционными. 15

7 и 8 питающей сети переменного тока при холостом ходе на выходе магнитопровод 4 силового трансформатора насыщается каж-,, дый полупериод.

Виртуальное напряжение 40 (напряже- 50 силовой трансформатор работает в ненасы- 55 щенном режиме, напряжение на его вторичной обмотке почти равно виртуальному) и тная 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.3) 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

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 выводы26 и 27 подключены к выходным выводам 10 и

11 сварочного трансформатора. Накопительный конденсатор 17 подключен к входным выводам 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 ние сети, трансфомированное "идеальным трансформатором с коэффициентом трансформации, равным коэффициенту трансформации силового трансформатора; когда напряжение 41 на вторичной обмотке 3 силового трансформатора 1 представлены на фиг.7,а. При 1=0 рабочая точка отрицатЕль40

45 ной характеристики 13 соответствуе; насыщенному состоянию силового трансформатора и далее движется вправо (фиг,1), создавая положительный фронт 42. Затем рабочая точка проходит через "0", что соответствует выходному напряжению 41 (фиг.7,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 магнитопровода 4 силового трансформатора 1 прек ращается.

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 рр а может меняться от минимально возможного 32 до 74О. Этот угол никак не связан с углом насыщения силового трансформатора p<.» (фиг,7,а) на холостом ходу. х.х

Отношение tP = -Д"-, где 1».» — ток хола(кз стого хода; 4.> — ток в первичной обмотке при кооотком замыкании на выходе, определяется формулой где g-- cos p<.» которое назовем "заполненность", График зависимости ф = F 6) показан на фиг.8. .Заполненность ф означает отношение средневыпрямленного напряжения на первичной обмотке 2 силового трансформатора

1 к средневыпрямленному напряжению сети. Из графика (фиг.8) видно, что 4 = 1 I».»-0 (без учета тока намагничивания I и трансформатора), что очевидно, так как трансформатор не насыщается. При ф - 0,6l »= 0,31»..

IloTepM от этого тока в сопротивлении первичной обмотки составляют = 10;ь от потерь при работе сварочной дуги, что может быть приемлемо.

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

1839648

40

Фронты зависят от резкос1и характеристики ВЕ(Н). В экспериментах эти фронты были 0.3-0,5m с при f=50 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 — 0,5m с, 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 образом, использование силового трансформатора 1 с насыщающимся магнитопроводом 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 создала возможность естественной синхронизации от фронтов импульсов напряжения с помощью возбудителя импульсов 16, не содержаше О слОжных электронных KoMlloНЕНтОН

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

5 предусмотрена воэможность регулировки выходного тока за счет коммутаций секций обмоток силового трансформатора 1 переключателем, позволяющим менять "заполненность" g.

10, При уменьшении до 0,1 выходное напряжение превращается в короткий импульс с амплитудой > 250 В, что способствует возбуждению дуги при низком средневыпрямленном напряжении = 25 В, 15

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:< дуги будет прерывистым.

Как видно из фиг.8, при малой заполненности (Ток 4.» возрастает и приближается к l»,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

45 позволяет получить устройство с массой в 6 раз <, чем в прототипе..Дополнительная обмотка 38 силового трансформатора 1 служит

- для передачи скачков 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 с протОгипом.

1839648 (56) Авторсксв свидетельство СССР

Ит 1501180, кл. Н 01 F 31/06, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1563910, кл, В 23 К 9/00. 1988, Таким образом. предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить габариты и обезопасить работу сварщика.

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 магнитопровод силового трансформатора выполнен насыщающимся, причем обмотка дросселя включена между вторым выводом первичной обмотки силового трансформатора и второй клеммой питающей сети переменного тока.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка силового трансформатора выполнена секционированной, 3. Трансформатор по п,1, отличающийся тем, что обмотка дросселя выполнена секционированной.

4. Трансформатор по п,1, отличающийся тем, что силовой трансформатор выполнен с развитым магнитным рассеянием! первичной обмотки.

5, Трансформатор по п,1, ат ичающий10 ся тем, что он снабжен возбудителе-- и, пульсов зажигания и стабилизации дуги н дополнительной обмоткой дроссел пр«чем вход возбудителя импульсов зажигания и"стабилизации дуги подключен вы15 водам дополнительной обмотки дросселя, а выход подключен к выходным клеммам сварочного трансформатора.

6. Трансфер,рматор по r.5, отличающий20 ся тем, что возбудитель импульсов зажигания и стабилизации дуги выполнен в виде накопительного, коммутирую.цего 4 разделительного конденсаторов, насыщающегося дросселя и им пульс ногп

25 трансформатора, причем входные клеммы возбудителя импульсов подключены к выводам накопительного конденсатора, параллельно которому подключена последовательная цепь из коммутирующе30 го конденсатора, насыщающегося дросселя и первичной обмотки импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через разделительный конденсатор .подключена к выходным клеммам возбуди 35 теля импульсов.

1839648

18 9618

1839648

Составитель Г,Смирнов

Редактор М.Стрельникова Техред M.Mîðreíòàë

Корректор,С.Юско

Тираж Подписное

НПО "Поиск Роспатента

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

Заказ 3410

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101