Универсальный сварочный генератор

 

Использование: в автономных сварочных агрегатах, а также для питания двигательной и осветительной нагрузок. Сущность изобретения: универсальный сварочный генератор, содержащий основную и дополнительную трехфазные обмотки статора, смещенные относительно друг друга на 90 эл. град. основную и дополнительную обмотки возбуждения, первый и второй трехфазные мостовые выпрямители с конденсатором фильтра на выходе последнего, регулирующий элемент с дискретной схемой управления, выпрямитель обратной связи и делитель напряжения, дополнительно содержит согласующий трансформатор с трехфазной токовой обмоткой и трехфазной обмоткой напряжения, переключатель режима работ, силовой выпрямитель и трансформатор тока, при этом основная трехфазная обмотка статора выполнена из параллельных секций с возможностью соединить их последовательно и в "звезду", параллельно и в "треугольник". Технологический результат заключается в получении крутопадающей внешней характеристики, пригодной для питания сварочной дуги, и жесткой характеристики, пригодной для питания двигательной нагрузки. 1 ил.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для сварки изделий в полевых условиях штучными электродами, а также для питания двигательной и осветительной нагрузок напряжением 230/130 или 40 В.

Известен источник питания [1] содержащий асинхронный генератор повышенной частоты тока, понижающий трансформатор, конденсаторы возбуждения и регулирования сварочного тока, переключатели режима работ.

Этот источник может использоваться при сварочных работах в полевых условиях, а также для питания ручного электроинструмента. Недостаток этого источника заключается в том, что при использовании его на частоту тока 50 Гц резко увеличивается емкость, а следовательно, габариты и масса конденсаторной батареи. С другой стороны понижающий трансформатор имеет соизмеримую с генератором мощность и габариты, что влияет на массо-габаритные и энергетические показатели всего источника.

Наиболее близким по техническому решению является синхронный генератор [2] содержащий основную и дополнительную трехфазную обмотку статора, смещенные одна относительно другой на 90 эл. град. На роторе размещены основная и дополнительная обмотки возбуждения. Основная трехфазная обмотка статора через первый трехфазный мостовой выпрямитель одними фазными выводами подключена к дополнительной обмотке возбуждения. Для фазных вывода обмотки со стороны подключения нагрузки через выпрямитель обратной связи и делитель напряжения подключены к входу регулирующего элемента с дискретной схемой управления, а силой выход последнего подключен между одним выводом конденсатора фильтра и первым выводом основной обмотки возбуждения. Второй вывод данной обмотки соединен с другим выводом конденсатора фильтра, а дополнительная трехфазная обмотка статора соединена с входом второго трехфазного мостового выпрямителя, на выходе которого подключен указанный конденсатор фильтра.

Недостатком данного синхронного генератора является жесткая внешняя характеристика, непригодная для производства сварочных работ.

Цель изобретения получение крутопадающих внешних характеристик пригодной для питания сварочной дуги и жесткой характеристики пригодной для питания двигательной нагрузки.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо. Экспериментальный образец универсального сварочного генератора испытан в лабораторных и полевых условиях. Испытания показали, что при заданных габаритах ток сварки регулируется в пределах 60-200 А, а при питании двигательной нагрузки мощность составляет 6 кВА.

В первом случае внешняя характеристика крутопадающая, а во втором жесткая.

На чертеже представлена схема принципиальная универсального сварочного генератора.

Универсальный сварочный генератор (УСГ) содержит статор с основной трехфазной обмоткой (ОТОС) 1, состоящей из параллельных секций а1, а2, а3, в1, b2, b3, с1, с2, с3, соединенных с контактами переключателя режима работ (ПРР) 2, с возможностью соединить секции последовательно и в "звезду" параллельно и в "треугольник", выход А1, В1, С1 ПРР2 через первичную обмотку 3 согласующего трансформатора 4 и первичную обмотку трансформатора тока 5 соединены с силовым выпрямителем 6, дополнительная трехфазная обмотка 7 статора с одной стороны соединена в "звезду", а с другой стороны с трехфазной обмоткой напряжения 8 согласующего трансформатора 4 и со вторым трехфазным мостовым выпрямителем 9, с конденсатором фильтра 10 на выходе последнего, токовая трехфазная обмотка 11 согласующего трансформатора 4, через контакты ПРР 2 соединена с основной трехфазной обмоткой 1 и одновременно через первый трехфазный мостовой выпрямитель 12 с дополнительной обмоткой возбуждения 13 ротора (ДОВР). Основная обмотка возбуждения ротора (ООВР) 14 с одной стороны соединена с ДОВР 13 и плюсовыми выводами конденсатора фильтра 10, а с другой стороны через регулирующий элемент 15 с дискретной схемой управления 16 с минусовыми выводами конденсатора фильтра 10 и второго трехфазного мостового выпрямителя 9, первый вход 1 дискретной схемы управления 16 через делитель напряжения 17 и выпрямитель обратной связи 18 соединен с вторичной обмоткой 19 трансформатора тока, а второй 2 вход непосредственно с одной из секций с 3 основной трехфазной обмотки статора 1.

Возможны два режима работы: питание сварочной дуги и низковольтной нагрузки и питание двигательной и осветительной нагрузки. При питании сварочной дуги переключатель ПРР 2 находится в положении, представленном на чертеже. В этом случае секции обмоток а1-а3, b1-b3, с1-с3 соединяются параллельно и в "треугольник". Выход обмоток А1, В1, С1 соединяется с первичной трехфазной обмоткой 3 согласующего трансформатора 4 и далее по схеме.

При возбуждении генератора напряжение А1, В1, С1 через первичную обмотку 3 согласующего трансформатора (СТ) поступает на низковольтные разъемы А2, В2, С2 и одновременно на силовой выпрямитель 6, а с последнего на сварочные электроды 20. Одновременно напряжение с дополнительной трехфазной обмотки статора 7 поступает на второй трехфазный мостовой выпрямитель 9, выпрямляется, фильтруется конденсатором фильтра 10 и прикладывается к ООВР 14 через регулирующий элемент (транзистор) 15. В зависимости от величины напряжения на секции с 3 дискретная схема управления 16 формирует определенную скважность импульсов, с которой коммутируется транзистор 15. Пропорционально этому изменяется и ток в ОВВР 14. При отсутствии сварочного тока во вторичных цепях трехфазной обмотки напряжения 8, в токовой трехфазной обмотке 11 согласующего трансформатора 4 и во вторичной обмотке 19 трансформатора тока, ЭДС не наводится и они оказывают влияния на работу генератора.

В момент замыкания сварочных электродов 20 в первичных обмотках трансформатора тока 5 и в первичной обмотке 3 согласующего трансформатора 4 появляется ток. Соответственно во вторичных обмотках на названных трансформаторах появляется ЭДС. ЭДС трехфазной обмотки напряжения 8 суммируется с напряжением дополнительной трехфазной обмоткой статора 7 и является источником питания ООВП 14. ЭДС трехфазной токовой обмотки 11 выпрямляется первым трехфазным мостовым выпрямителем 12 и замыкается на ДОВР. Ток от названной ЭДС создает дополнительный поток в ДОВР, что приводит УСГ в режим насыщения. ЭДС вторичной обмотки трансформатора тока 19 выпрямляется выпрямителем обратной связи 18 и через делитель напряжения 17 поступает на вход 1 дискретной схемы управления 16. Последняя за счет этого сигнала уменьшает скважность импульсов транзистора 15 и соответственно ток возбуждения в ООВР 14, тем самым ограничивая ток короткого замыкания.

В момент короткого замыкания напряжение на основной обмотке статора 1 приближается к нулю, следовательно и напряжение на секции с3 приближается к нулю, поэтому сигнал обратной связи с этой обмоткой не влияет на режим работы дискретной схемы управления 16 и регулирующий транзистор 15. При размыкании сварочных электродов 20 возникает электрическая дуга, идет процесс сварки. В этот момент внешнюю характеристику УСГ формирует ток, создающий ЭДС токовой трехфазной обмоткой 11, протекающий через ДОВР 13, и величина обработки связи от делителя напряжения 17. Если ползунок делителя напряжения 17 сместить вправо по схеме, сигнал отрицательной обратной связи уменьшается, а ток сварки увеличивается, и наоборот. После прекращения процесса сварки ток нагрузки исчезает и напряжение на основной трехфазной обмотке статора 1 увеличивается до величины, определяемой параметрами дискретной схемы управления 16.

Если к зажимам А2, В2, С2 подключить низковольтную нагрузку (двигательную или активную), то ток нагрузки создает ЭДС в обмотках 8 и 11 и проходят процессы, описанные выше, за исключением того, что ток нагрузки не проходит через трансформатор тока 5 и не создается сигнал отрицательной обратной связи по току. В этом случае присутствует сигнал отрицательной обратной связи по напряжению, снимаемый с секции с 3 и происходит режим стабилизации напряжения.

Одновременно присутствуют сигналы отрицательной обратной две положительные обратные связи по току, реализуемые следующим образом. От токовой трехфазной обмотки 11 согласующего трансформатора тока 4 создается дополнительный поток в ДОВР 13, пропорциональный нагрузке, а от дополнительной трехфазной обмотки 8 ЭДС суммируется с напряжением ДТОС 7 и тем самым увеличивает амплитуду импульсов в ООВР, скважность которых регулирует транзистор 15 по величине обратной связи на выходе 2.

Если в первом случае, в режиме сварки, формируется крутопадающая характеристика, то в случае питания низковольтной нагрузки характеристика жесткая.

Режим питания двигательной и осветительной нагрузки на напряжение 220/127 В. Для этого режима ПРР 2 переключается в правое по схеме положение. В этом случае секция обмоток а1-а3, b1-b3, с1-с3 соединяется последовательно в "звезду". Причем нулевую точку "звезды" формирует трехфазная токовая обмотка 11 согласующего трансформатора 4 и ДОВР 13 через первый трехфазный мостовой выпрямитель 12. Нагрузка в этом случае подключается к зажимам А, В, С, первичная обмотка 3 согласующего трансформатора 4 и силовой выпрямитель 6 не соединяются с основной трехфазной обмоткой 1 статора.

На холостом ходу работы УСГ напряжение от ДТОС 7 выпрямляется выпрямителем 9, фильтруется конденсатором фильтра 10 и через регулирующий транзистор 15 подается на ООВР 14. Так как сигнал отрицательной обратной связи от с3 не изменился, то не изменяется и ток холостого хода ДОВР 13 и степень насыщения магнитной системы генератора.

При подключении нагрузки к зажимам А, В, С ток проходит по обмоткам статора и часть через первый трехфазный мостовой выпрямитель 12 замыкается на ДОВР 13. При этом происходит форсирование возбуждения, так как поток ДОВР 13 суммируется с потоком ООВР 14. В случае снижения напряжения на выходе генератора пропорционально уменьшается напряжение и на с3, следовательно уменьшится сигнал отрицательной обратной связи на входе 2 дискретной схемы управления 16. Последняя увеличивает скважность сигнала управления, транзистор 15 увеличит ток возбуждения и напряжение на выходе генератора увеличится до величины, определяемой статизмом системы регулирования.

Одновременно с увеличением потока от ДОВР 13 и ООВР 14 будет увеличиваться напряжение и на ДТОС 7, так как она смещена относительно основной трехфазной обмотки статора на угол 90 эл.градусов. В этом случае будет реализовываться положительная внутренняя обратная связь по току нагрузки.

Таким образом, если выполнить секции обмоток а1-с3 на напряжение, например 42 В, то при соединении в "треугольник" на выходе силового выпрямителя 6 получим напряжение холостого хода 60 В, достаточное для зажигания дуги. Это же трехфазное напряжение можно использовать для питания ручного электроинструмента, нагревательных и осветительных приборов.

В случае соединения последовательно этих секций и в "звезду" получим фазное напряжение 127 В, а линейное 220 В, которое можно использовать для питания двигательных и осветительных нагрузок.

Во всех режимах обмотки генератора используются по номинальной нагрузке, что качественно отличает предлагаемый УСГ от известных.

В качестве дискретной схемы управления 16 можно использовать аналого-цифровой преобразователь с двумя входами, преобразующий линейный входной сигнал в регулируемую скважность выходного элемента.

Формула изобретения

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий основную и дополнительную трехфазные обмотки статора, смещенные одна относительно другой на 90 эл. град. основную и дополнительную обмотки возбуждения, первый и второй трехфазные мостовые выпрямители с конденсатором фильтра на выходе последнего, регулирующий элемент с дискретной схемой управления, выпрямитель обратной связи и делитель напряжения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит переключатель режима работ, согласующий трансформатор с трехфазной токовой обмоткой и трехфазной обмоткой напряжения, силовой выпрямитель и трансформатор тока, при этом основная трехфазная обмотка статора выполнена из параллельных секций с возможностью соединить их последовательно и в звезду, параллельно и в треугольник, секции обмоток через первую группу контактов переключателя режима работ, первичную обмотку согласующего трансформатора и первичную обмотку трансформатора тока соединены с силовым выпрямителем, дополнительная трехфазная обмотка статора, соединенная в звезду, подключена к трехфазной обмотке напряжения согласующего трансформатора и к второму трехфазному мостовому выпрямителю с конденсатором фильтра на выходе, токовая трехфазная обмотка согласующего трансформатора соединена через вторую группу контактов переключателя режима работ с основной трехфазной обмоткой статора и одновременно через первый трехфазный выпрямитель и дополнительную обмотку возбуждения ротора с первым выводом основной обмотки возбуждения ротора, плюсовым выводом конденсатора фильтра и общей точкой первого и второго трехфазных мостовых выпрямителей, другой вывод основной обмотки возбуждения ротора через регулирующий элемент с дискретной схемой управления соединен с минусовым выводом конденсатора фильтра, первый вход дискретной схемы управления через делитель напряжения и выпрямитель обратной связи соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока, а второй вход с одной из секций основной обмотки статора.

РИСУНКИ

Рисунок 1