Сварочный выпрямитель

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательным устройствам, и может быть использовано как источник напряжения в сварочных полуавтоматах, источниках питания для различных отраслей народного хозяйства. Сварочный выпрямитель обеспечивает уменьшение пульсации выпрямленного напряжения и тока. Устройство содержит два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками и четыре выпрямителя. Первичные обмотки трансформаторов подключены к линейным напряжениям трехфазной сети. Вторичная обмотка первого трансформатора выполнена из двух полуобмоток, соединенных последовательно согласно, точка соединения обмоток подключена к одному выводу дросселя, а второй вывод дросселя - к выходному зажиму. Начало одной вторичной полуобмотки первого трансформатора соединено последовательно с началом и концом одной пары вторичных обмоток второго трансформатора. Конец второй полуобмотки первого трансформатора соединен последовательно с началом и концом второй пары вторичных обмоток второго трансформатора. Другие начала и концы каждой из четырех вторичных обмоток второго трансформатора раздельно подключены к четырем катодам вентилей. Аноды вентилей объединены во второй выходной зажим. 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение, - электротехника, в частности преобразовательное устройство, и может быть использовано как источник напряжения в сварочных полуавтоматах и источниках питания для различных отраслей народного хозяйства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны устройства, например, сварочный выпрямитель, содержащий трехстержневой трансформатор, на крайних стержнях которого расположены первичные обмотки, соединенные открытым треугольником, при этом вторичные обмотки на этих стержнях состоят каждая из двух полуобмоток с выведенной средней точкой и соединенных в один выходной зажим, начала и концы обмоток подключены к четырехфазной схеме выпрямления [Смирнов В.В. и др. Оборудование для дуговой сварки. - Л.: ЭАИ, 1986. - 650 с., стр.454].

К недостаткам этого устройства относится наличие трехстержневого трансформатора и большие пульсации выпрямленного напряжения, до 0,5 максимального значения, из-за сдвига фаз между двумя вторичными напряжениями на угол π/3.

Известен также однофазный сварочный выпрямитель, содержащий двухстержневой трансформатор. На одном стержне расположена первичная и две вторичные обмотки, на другом стержне - дополнительная вторичная обмотка. Вторичные обмотки соединены последовательно согласно и подключены к мостовому выпрямителю. Дополнительная обмотка подключена одним концом в точку соединения вторичных обмоток, а другим к дополнительному выпрямителю. Выпрямители подключены к нагрузке параллельно и управляются фазовым методом (см. А.с. СССР №1547987, кл. В 23 К 9/00).

Недостатком устройства являются значительные пульсации выпрямленного напряжения и тока, для сглаживания которых требуется большая индуктивность дросселя.

Наиболее близким по технической сущности и принятый авторами за прототип является сварочный выпрямитель, содержащий два полупроводниковых вентиля и два трансформатора, первичные обмотки которых объединены, отличающийся тем, что он снабжен двумя полупроводниковыми неуправляемыми диодами, а полупроводниковые вентили выполнены в виде полупроводниковых неуправляемых диодов, при этом трансформаторы снабжены дроссельными обмотками, каждая из которых расположена на одном магнитопроводе с первичной и вторичной обмотками, причем вторичные и дроссельные обмотки выполнены с отводами, при этом первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно, а точка их соединения и свободные выводы соединены с выходными клеммами, каждый из выводов вторичных обмоток через диод соединен с первой выходной клеммой, а каждый из отводов вторичных обмоток через дроссельные обмотки соединен с второй выходной клеммой, причем дроссели выполнены на магнитопроводе с воздушным зазором (А.с. СССР №1833265, кл. В 23 К 9/00, 1993 г.).

Недостатком устройства является значительные пульсации напряжения и тока, из-за сдвига по фазе выпрямленных напряжений на угол π/3, для сглаживания пульсаций требуются большие индуктивности двух дросселей. Сложная конструкция трансформатора.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат сводится к уменьшению пульсации выпрямленного напряжения и тока, упрощению устройства с одновременным снижением материалоемкости и стоимости.

Технический результат достигается тем, что в сварочном выпрямителе, содержащем два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками и четыре вентиля, причем первичные обмотки трансформаторов подключены к линейным напряжениям трехфазной сети, при этом вторичная обмотка первого трансформатора выполнена из двух полуобмоток, соединенных последовательно согласно, при этом точка соединения обмоток подключена к одному выводу дросселя, а второй вывод дросселя - к выходному зажиму, начало одной вторичной полуобмотки первого трансформатора соединено последовательно с началом и концом одной пары вторичных обмоток второго трансформатора, аналогично, конец второй полуобмотки первого трансформатора соединен последовательно с началом и концом второй пары вторичных обмоток второго трансформатора, другие начала и концы каждой из четырех вторичных обмоток второго трансформатора раздельно подключены к четырем катодам вентилей, а аноды вентилей объединены во второй выходной зажим.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 дана принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя.

На фиг.2 и фиг.4 даны векторные диаграммы вторичных напряжений трансформаторов.

На фиг.3 и фиг.5 даны осциллограммы выходного напряжения выпрямителя.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сварочный выпрямитель содержит (фиг.1) два однофазных трансформатора 1 и 2, которые подключены первичными обмотками 3 к двум линейным напряжениям трехфазной питающей сети по схеме открытого треугольника, вторичная обмотка первого трансформатора выполнена из двух полуобмоток 4, 5, соединенных последовательно согласно, точка соединения их подключена к одному выводу дросселя 6, а второй вывод дросселя 6 - к выходному зажиму 7. Конец полуобмотки 4 подключен к началу обмотки 8 и концу обмотки 9, а начало полуобмотки 5 подключено к началу обмотки 10 и концу обмотки 11. Другие начала и концы вторичных обмоток 8, 9, 10, 11 раздельно подключены к четырем катодам вентилей 12, аноды вентилей объединены во второй выходной зажим 13.

Устройство работает следующим образом: при подключении первичных обмоток 3 трансформаторов 1, 2 к трехфазной сети по схеме открытый треугольник, во вторичных полуобмотках 4, 5 трансформатора 1 наводятся напряжения U₄, U₅, точка соединения полуобмоток 4, 5 подключена к одному выводу дросселя 6, а второй вывод дросселя 6 - к выходному зажиму 7, на обмотках 8, 9, 10, 11 трансформатора 2 наводятся напряжения U₈, U₉, U₁₀, U₁₁ соответственно. Складываясь геометрически, фиг.2, образуют напряжения U_4-8, U_5-10, U_5-11, U_4-9, например, вектора напряжения U₄ и U₈ при сложении образуют вектор U_4-8, остальные вектора складываются аналогично. Фазовый сдвиг между векторами напряжения U_4-8 и U_5-10, U_5-10 и U_5-11, U_5-11 и U_4-9, U_4-9 и U_4-8 равен π/2. При таком угле пульсации выпрямленного напряжения минимальны, это повышает стабильность процесса сварки. Вторичные обмотки 8, 9, 10, 11 раздельно подключены к четырем катодам вентилей 12, аноды вентилей объединены во второй выходной зажим 13. С помощью вентилей 12 из этих напряжений формируется выходное напряжение U_вых, форма которого изображена на осциллограмме фиг.3. При этом пульсации выпрямленного напряжения минимальны, провалы напряжения достигают 0,293 от максимального значения.

Проведен анализ влияния соотношений величин амплитуд напряжений (U_4-8, U_5-10) и (U_5-11, U_4-9) на коэффициент схемы выпрямления и коэффициент пульсации, который показывает, что при стремлении величины напряжения одной из пар к нулю коэффициент схемы выпрямления стремится к 0,9, а коэффициент пульсации к 0,67, то есть схема вырождается в однофазную двухполупериодную. При равных величинах амплитуд и угле сдвига фаз α=90° коэффициент схемы выпрямления достигает значения 1,27, а коэффициент пульсаций - 0,15.

Сварочный выпрямитель может выполнятся в другом варианте, например, переключить общую точку соединения первичных обмоток трансформаторов 1,2 с фазы В на нейтральный провод (N) трехфазной сети, что на фиг.1 отмечено в скобках. В этом случае принципиальных отличий нет. Во вторичных полуобмотках 4, 5 трансформатора 1, фиг.4, наводятся напряжения U₄, U₅, точка соединения полуобмоток 4, 5 подключена к одному выводу дросселя 6, а второй вывод дросселя 6 - к выходному зажиму 7, на обмотках 8, 9, 10, 11 трансформатора 2 наводятся напряжения U₈, U₉, U₁₀, U₁₁ соответственно. Складываясь геометрически, образуют напряжения, U_4-8, U_5-10, U_5-11, U_4-9, например, вектора напряжения U₄ и U₈, при сложении образуют вектор U_4-8, остальные вектора складываются аналогично. Фазовый сдвиг между векторами напряжения U_4-8 и U_5-10, U_5-10 и U_5-11, U_5-11 и U_4-9, U_4-9 и U_4-8, так же как и в предыдущем случае, равен π/2. Вторичные обмотки 8, 9, 10, 11 раздельно подключены к четырем катодам вентилей 12, аноды вентилей объединены во второй выходной зажим 13. С помощью вентилей 12, из этих напряжений формируется выходное напряжение U_вых, форма которого изображена на осциллограмме фиг.5. При этом пульсации выпрямленного напряжения минимальны, провалы напряжения достигают 0,293 от максимального значения. Используя фазные и линейные напряжения трехфазной сети, получены два значения выходного напряжения, причем различаются они в 1,73 раза. Таким переключением расширяется диапазон регулирования сварочного тока и напряжения. Соотношением витков вторичных обмоток трансформаторов можно изменять глубину провалов выходного напряжения.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими техническими решениями имеет следующие преимущества:

1) удобство в работе за счет компактности и малой массы,

2) снижение пульсаций выпрямленного напряжения и тока, достигнутого за счет оптимального сдвига по фазе выпрямленных напряжений на угол π/2,

3) снижение материалоемкости достигнуто за счет применения одного дросселя, ввиду меньшего коэффициента пульсации, дроссель имеет меньшую индуктивность по сравнению с известными выпрямителями, а следовательно, меньшие массогабаритные показатели,

4) использование сварочных полуавтоматов в производстве позволит получать экономический эффект, обусловленный снижением стоимости готовой продукции, снижением материалоемкости, сокращением времени за счет оптимальной скорости сварки, качества работы за счет оптимального расплава электродного материала при оперативном регулировании сварочного напряжения и тока.

Изготовлен опытный образец сварочного полуавтомата на ток 200 А, для обеспечения требуемого шага дискретного регулирования в устройстве дополнительно применено переключение 15% числа витков первичных обмоток трансформаторов, первичные обмотки содержат дополнительные витки в количестве 15% от основной обмотки, за счет этого получено девять ступеней выходного напряжения, которые перекрывают диапазон сварочных токов от 20 до 200 А.

Сварочный выпрямитель, содержащий первый однофазный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, второй однофазный трансформатор с первичной и двумя парами вторичных обмоток, дроссель, один вывод которого связан со вторичной обмоткой первого трансформатора, а второй вывод подключен к выходному зажиму, и четыре вентиля, первичные обмотки трансформаторов подключены к линейным напряжениям трехфазной сети, отличающийся тем, что вторичная обмотка первого трансформатора выполнена из двух полуобмоток, соединенных согласно последовательно и общая точка соединения которых подключена к одному выводу дросселя, начало одной вторичной полуобмотки первого трансформатора соединено последовательно с началом и концом одной пары вторичных обмоток второго трансформатора, конец второй полуобмотки первого трансформатора соединен последовательно с началом и концом второй пары вторичных обмоток второго трансформатора, другие начала и концы каждой из четырех вторичных обмоток второго трансформатора раздельно подключены к четырем катодам вентилей, аноды которых объединены во второй выходной зажим.