RU2009811C1

RU2009811C1 - Arc welding power source

Info

Publication number: RU2009811C1
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Сергеев; Александр Васильевич Клементьев
Original assignee: Александр Николаевич Сергеев; Александр Васильевич Клементьев
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: power source has a transformer with partly spaced apart primary and secondary windings, a magnetic shunt and a current regulator. An additional magnetic shunt winding is shortened against an active resistance. EFFECT: improved structure. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к дуговой сварке, в частности к источникам питания для дуговой сварки переменным током. The invention relates to arc welding, in particular to power supplies for arc welding with alternating current.

Известен источник питания для дуговой сварки, содержащий трансформатор с первичной обмоткой, подключенной через встречно-параллельно соединенные тиристоры к однофазной сети переменного тока и вторичной обмоткой, являющейся выходом указанного источника. A known source of power for arc welding, containing a transformer with a primary winding connected through counter-parallel connected thyristors to a single-phase AC network and a secondary winding, which is the output of the specified source.

Недостатком известного устройства является сложность и значительные габариты, вызванные наличием вспомогательного трансформатора и коммутатора, управляемого от датчика сварочного тока, необходимых для стабильности горения дуги. A disadvantage of the known device is the complexity and significant dimensions caused by the presence of an auxiliary transformer and switch, controlled by a welding current sensor, necessary for the stability of arc burning.

Известен регулируемый трансформатор, содержащий трехстержневой сердечник, на котором расположена первичная и вторичная обмотка, причем вторичная обмотка размещена на среднем стержне, а первичная обмотка выполнена в виде двух обмоток, размещенных на крайних стержнях и соединенных последовательно, часть первичной обмотки, размещенной на крайнем стержне магнитопровода, подсоединена к регулятору тока. Known adjustable transformer containing a three-core core on which the primary and secondary winding is located, and the secondary winding is placed on the middle rod, and the primary winding is made in the form of two windings located on the extreme rods and connected in series, part of the primary winding placed on the extreme core of the magnetic circuit connected to the current regulator.

Недостатком данного трансформатора, применительно к сварочному трансформатору, является изменение напряжения холостого хода трансформатора (U_хх) при изменении сварочного тока - на минимальном сварочном токе, минимального напряжения холостого хода и, наоборот, что ведет к неоправданному завышению расчетного напряжения холостого хода для стабильного горения дуги на минимальных токах, а как следствие - к занижению КПД трансформатора.The disadvantage of this transformer, with respect to the welding transformer, is the change in the open circuit voltage of the transformer (U _xx ) when the welding current changes - at the minimum welding current, minimum open circuit voltage and, conversely, which leads to an unjustified increase in the rated open circuit voltage for stable arc burning at minimum currents, and as a result - to lower the efficiency of the transformer.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигнутому результату является источник питания с дополнительной обмоткой, расположенной на пути потоков рассеивания, т. е. на шунтах в трансформаторах с подвижными магнитными шунтами, или в "окне" магнитопровода в трансформаторах с подвижными обмотками [1] . Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a power source with an additional winding located on the path of the dissipation flows, that is, on shunts in transformers with moving magnetic shunts, or in the "window" of the magnetic circuit in transformers with moving windings [1] .

Выполнение трансформатора с дополнительной обмоткой в "окне" магнитопровода позволяет уменьшить изменение напряжения холостого хода трансформатора при изменении сварочного тока, однако не позволяет получить достаточного предела регулирования сварочного тока γ_g= 0,3. . . 1, так как регулирование осуществляется только за счет потоков рассеивания.The implementation of the transformer with an additional winding in the "window" of the magnetic circuit allows you to reduce the change in the open circuit voltage of the transformer with a change in the welding current, but does not allow you to get a sufficient limit for regulating the welding current γ _g = 0.3. . . 1, since the regulation is carried out only due to the dispersion flows.

Выполнение трансформатора с дополнительной обмоткой на магнитном шунте позволяет получить предел регулирования сварочного тока γ_g= 0,02. . . 1, так как регулирование осуществляется за счет перераспределения основных магнитных потоков и потоков рассеивания.The implementation of the transformer with an additional winding on a magnetic shunt allows you to get the limit of regulation of the welding current γ _g = 0.02. . . 1, since the regulation is carried out due to the redistribution of the main magnetic fluxes and dispersion fluxes.

К недостаткам данного трансформатора следует отнести изменение напряжения холостого хода трансформатора при изменении силы тока, что ведет к увеличению расчетного напряжения холостого хода трансформатора, а как следствие, к снижению КПД трансформатора в целом. The disadvantages of this transformer should include a change in the open circuit voltage of the transformer when the current strength changes, which leads to an increase in the rated open circuit voltage of the transformer, and as a result, to a decrease in the efficiency of the transformer as a whole.

Целью изобретения является увеличение КПД и уменьшение массогабаритных показателей источников питания. Это достигается тем, что в источнике питания для дуговой сварки с частично разнесенными первичной и вторичной обмотками, магнитным шунтом, обмотка которого включена согласно последовательно первичной обмотке и регулятора тока, включенного параллельно обмотке шунта, магнитный шунт имеет дополнительную обмотку, на которую замкнуто активное сопротивление, включенную согласно-последовательно основной обмотке шунта. The aim of the invention is to increase the efficiency and reduce the overall dimensions of the power sources. This is achieved by the fact that in the power source for arc welding with partially spaced primary and secondary windings, a magnetic shunt, the winding of which is connected in accordance with the primary winding and a current regulator connected in parallel with the shunt winding, the magnetic shunt has an additional winding, to which the resistance is shorted, connected in series with the main winding of the shunt.

Включение дополнительной обмотки магнитного шунта через активное сопротивление создает магнитный поток, постоянно направленный встречно основному магнитному потоку через шунт. Величину этого потока (Φ_в5) через подбор величины активного сопротивления выбирают достаточной для вытеснения основного магнитного потока замкнутого через шунт на холостом ходу трансформатора, что обеспечивает постоянство расчетного напряжения холостого хода трансформатора во всем диапазоне регулирования сварочного тока, а как следствие, повышает его КПД и улучшает массогабаритные характеристики за счет выбора оптимальным U_хх.The inclusion of an additional winding of the magnetic shunt through the active resistance creates a magnetic flux constantly directed counter to the main magnetic flux through the shunt. The magnitude of this flux (Φ _V5 ) through the selection of the active resistance value is selected sufficient to displace the main magnetic flux of the transformer closed through the shunt at idle, which ensures the constancy of the rated idle voltage of the transformer in the entire range of welding current regulation, and as a result, increases its efficiency and improves weight and size characteristics by choosing the optimal U _xx .

Кроме того, с целью дополнительного увеличения КПД источника последовательно активному сопротивлению подключено устройство, включающее и выключающее часть обмотки магнитного шунта при мгновенном значении сварочного тока 10. . . 30А. In addition, in order to further increase the efficiency of the source, a device is connected in series with the active resistance, turning the part of the winding of the magnetic shunt on and off at an instantaneous value of the welding current 10. . 30A.

Последовательное соединение активного сопротивления и устройства, включающего и выключающего часть обмотки магнитного шунта (коммутатора), позволяет включать часть обмотки магнитного шунта только в моменты, близкие к моменту перехода тока через ноль в интервале тока +(10. . . 30А)-(10. . . 30А), что обеспечивает стабильное повторное возбуждение дуги поднятия напряжения U_хх до расчетного в моменты перехода тока через ноль во всем диапазоне регулирования сварочного тока. Включение части обмотки магнитного шунта только в указанном интервале токов позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую на активном сопротивлении, а как следствие поднять КПД источника.The series connection of the active resistance and the device that turns on and off part of the winding of the magnetic shunt (switch) allows you to turn on part of the winding of the magnetic shunt only at moments close to the moment the current passes through zero in the current interval + (10 ... 30A) - (10. .30A), which ensures stable re-excitation of the arc of raising the voltage U _xx to the calculated one at the moments of the current passing through zero in the entire range of regulation of the welding current. The inclusion of a part of the winding of the magnetic shunt only in the specified range of currents can reduce the power dissipated by the active resistance, and as a result increase the efficiency of the source.

На фиг. 1,2 представлен описываемый источник питания для дуговой сварки. In FIG. 1.2 shows the described power source for arc welding.

Он содержит стержни 1, 2, 9 трансформатора; вторичную обмотку 3. обмотку шунта 4; дополнительную обмотку шунта 5; регулятор 6 тока; активное сопротивление 7; первичную обмотку 8; устройство 10, включающее и выключающее дополнительную обмотку магнитного шунта (коммутатор); Φ_о- основной магнитный поток; Φ_ош - основной магнитный поток в шунте; Φ_в4 - вытесняющий магнитный поток от обмотки магнитного шунта; Φ_в5 - вытесняющий магнитный поток от дополнительной обмотки магнитного шунта; Φ₃ - магнитный поток в стержне со вторичной обмоткой.It contains the rods 1, 2, 9 of the transformer; secondary winding 3. shunt winding 4; additional winding of the shunt 5; current regulator 6; active resistance 7; primary winding 8; device 10, turning on and off the additional winding of the magnetic shunt (switch); Φ _about - the main magnetic flux; Φ _osh - the main magnetic flux in the shunt; Φ _b4 - displacing magnetic flux from the winding of the magnetic shunt; Φ _B5 - displacing magnetic flux from the additional winding of the magnetic shunt; Φ ₃ - magnetic flux in the rod with a secondary winding.

Φ₃= Φ_о-[Φ_ош-(Φ_в5+ Φ_в4)] , где Φ_в5 = const
Φ_в4 - зависит от угла открытия регулятора тока;
Φ _о = сonst
Процесс регулирования тока и изменения напряжения во вторичной цепи трансформатора заключается в перераспределении магнитного потока Фо по стержням 1,2. Ток и напряжения во вторичной обмотке 3 определяется электродвижущей силой обмоток 3,4,5, которые в свою очередь зависят от магнитных потоков Φ_ош, Φ_в4, Φ_в5, Φ_3.
При возрастании отношения

(при неизменной величине потока Ф_о) ток и напряжение во вторичной обмотке 3 повышается, а при уменьшении - падает. Изменить указанное отношение можно изменением намагничивающей силы основной обмотки магнитного шунта 4, которая зависит от угла открытия регулятора 6 тока и тока, проходящего через нее.Φ ₃ = Φ _о - [Φ _Ош - (Φ _в5 + Φ _в4 )], where Φ _в5 = const
Φ _v4 - depends on the opening angle of the current regulator;
Φ _o = const
The process of regulating the current and changing the voltage in the secondary circuit of the transformer is to redistribute the magnetic flux Фо across the rods 1,2. The current and voltage in the secondary winding 3 is determined by the electromotive force of the

windings

3,4,5, which in turn depend on the magnetic fluxes Φ _osh , Φ _b4 , Φ _b5 , Φ _3.
With increasing relationship

(at a constant value of the flux Ф _о ), the current and voltage in the secondary winding 3 increase, and with a decrease, it decreases. You can change this ratio by changing the magnetizing force of the main winding of the magnetic shunt 4, which depends on the opening angle of the current regulator 6 and the current passing through it.

При уменьшении угла открытия регулятора тока величина тока в обмотке 4 увеличивается, увеличивается магнитный поток Ф_в4, уменьшается поток Φ_ош, увеличивается поток Φ₃, ток и напряжение во вторичной цепи трансформатора увеличивается, а при увеличении угла открытия регулятора тока ток в обмотке 4 уменьшается, уменьшается магнитный поток Φ_в4, поток Φ_ош увеличивается, поток Φ₃ уменьшается, ток и напряжение во вторичной цепи уменьшается.When reducing the angle of opening of the regulator current value of the current in the winding 4 increases, the magnetic flux F _c4 reduced flow Φ _oui increased flux Φ _3, the current and the secondary side voltage of the transformer increases, while increasing the opening of the current regulator angle current in the coil 4 decreases , the magnetic flux Φ _B4 decreases, the flux Φ _Osh increases, the flux Φ ₃ decreases, the current and voltage in the secondary circuit decreases.

В предлагаемом источнике питания сварочной дуги для поддержания постоянным напряжения холостого хода трансформатора при любом угле открытия регулятора 6 шунт имеет дополнительную обмотку 5, постоянно замкнутую на активное сопротивление 7. In the proposed power source of the welding arc to maintain a constant voltage of the open circuit of the transformer at any angle of opening of the regulator 6, the shunt has an additional winding 5, constantly closed to the active resistance 7.

Процесс поддержания постоянным напряжения холостого хода трансформатора заключается в создании постоянного вытесняющего магнитного потока Φ_в5 в стержне 2, препятствующего прохождению основного магнитного потока Φ_ош через сердечник 2 в моменты перехода тока через ноль (т. е. при полном разрыве сварочной цепи, что соответствует холостому ходу работы трансформатора), что приводит к увеличению потока Φ₃, а как следствие, к увеличению U_хх до расчетного в моменты перехода тока через ноль, когда
I_св= 0, U_g= >U_xx, где I_св - сварочный ток; U_g - напряжение на дуге.The process of maintaining a constant voltage of the open circuit of the transformer consists in creating a constant displacing magnetic flux Φ _B5 in the rod 2, which prevents the passage of the main magnetic flux Φ _Osh through the core 2 at the instant of current passing through zero (i.e., when the welding circuit is completely broken, which corresponds to idle course of the transformer) which leads to an increase in flux Φ _3, and as a consequence, to increase to the calculated U _x at the moments when the current through zero when
I _St = 0, U _g => U _xx , where I _St - welding current; U _g is the voltage across the arc.

При максимальном угле открытия регулятора тока 6 через обмотку 4 проходит минимальный ток, создается минимальный вытесняющий магнитный поток Φ_в4, не достаточный для вытеснения Φ_ош из стержня 2 при холостом ходе трансформатора.At the maximum opening angle of the current regulator 6, a minimum current passes through the winding 4, a minimum displacing magnetic flux Φ _{B4 is created} , which is not sufficient to displace Φ _Osh from the rod 2 when the transformer is idling.

В это же время через обмотку 5, постоянно замкнутую на активное сопротивление 7, так же протекает ток, создается магнитный поток Φ_в5, который в сумме с постоянным Φ_в4 создают достаточный магнитный поток (Φ_в5+ Φ_в4), вытесняющий поток Φ_ош из стержня 2, при холостом ходе трансформатора, увеличивая тем самым магнитный поток Φ₃, что приводит к увеличению напряжения холостого хода трансформатора до расчетного.At the same time, through the coil 5, consistently closed on resistance 7, the same current flows, creates a magnetic flux Φ _c5, which in the sum with a constant Φ _c4 create sufficient magnetic flux (Φ _B5 + Φ _c4) displacing flux Φ _oui of rod 2, when the transformer is idling, thereby increasing the magnetic flux Φ ₃ , which leads to an increase in the idle voltage of the transformer to the calculated one.

В процессе горения дуги, когда во вторичной цепи идет сварочный ток, магнитные потоки перераспределены по стержням магнитопровода 1,2 в соответствии с углом открытия регулятора тока, и через них идут магнитные потоки Φ_о, Φ_ош, Φ₃, гораздо большие, чем в те моменты, когда сварочный ток равен нулю (в моменты перехода тока через ноль, когда происходит полный разрыв сварочной цепи).In the process of arc burning, when the welding current flows in the secondary circuit, the magnetic fluxes are redistributed along the rods of the magnetic circuit 1.2 in accordance with the opening angle of the current regulator, and magnetic fluxes Φ _о , Φ _ОШ , Φ ₃ go through them, much larger than in those moments when the welding current is equal to zero (at the moments when the current passes through zero, when the welding circuit is completely broken).

В момент разрыва сварочной цепи (переход тока через ноль) потоки Φ_о, Φ_ош, Φ₃ резко уменьшаются до значений, соответствующих величине этих потоков при работе трансформатора на холостом ходу, суммарный вытесняющий поток Φ_в5+ Φ_в4, который больше потока Φ_ош при этом режиме работы трансформатора, вытесняет его из стержня 2, поток Φ₃увеличивается, напряжение холостого хода трансформатора (повторного возбуждения дуги) увеличивается до расчетного, обеспечивая тем самым стабильное горение дуги во всем диапазоне сварочных токов при оптимальном значении U_хх (минимально достаточным для повторного возбуждения дуги) и высокое КПД трансформатора за счет увеличения коэффициента трансформации при выборе оптимального U_хх, и его постоянства при любом угле открытия регулятора тока 6.When the welding circuit breaks (current passes through zero), the flows Φ _о , Φ _Ош , Φ ₃ sharply decrease to values corresponding to the value of these flows when the transformer is idling, the total displacing stream Φ _в5 + Φ _в4 , which is larger than the flow Φ _Ош wherein the transformer operation, displaces it from the bar 2, the flow Φ ₃ increases, the idle stroke of the transformer voltage (arc re-excitation) is increased to the calculated value, thus ensuring stable burning of the arc over the entire range of welding currents at optimal U value of _xx (minimally sufficient for re-excitation of the arc) and the high efficiency of the transformer by increasing the transformer ratio when selecting the optimal U _x and its permanence at any angle of opening of the current controller 6.

Для повышения КПД трансформатора, за счет уменьшения потерь на активном сопротивлении 7, последовательно последнему включен коммутатор 10, который при уменьшении сварочного тока до мгновенного значения 10. . . 30А включается, замыкая активное сопротивление на дополнительную обмотку магнитного шунта, которая создает вытесняющий магнитный поток Φ_в5.To increase the efficiency of the transformer, by reducing losses at the active resistance 7, the switch 10 is connected in series to the last, which, when the welding current is reduced to an instant value of 10.. . 30A is turned on, closing the active resistance to an additional winding of the magnetic shunt, which creates a displacing magnetic flux Φ ₅ .

При увеличении сварочного тока до мгновенного значения 10. . . 30А, коммутатор 10 отключается, цепь дополнительной обмотки магнитного шунта, замкнутой на активное сопротивление 7, размыкается. With increasing welding current to an instant value of 10.. . 30A, the switch 10 is turned off, the circuit of the additional winding of the magnetic shunt, closed to the active resistance 7, is opened.

Таким образом, включая дополнительную обмотку магнитного шунта, создающей вытесняющий магнитный поток, в интервале тока +10. . . 30А, обеспечивающем стабильное горение дуги при любых способах сварки, позволяет резко снизить потери на активном сопротивлении за счет уменьшения времени ее действия, обеспечивая при этом стабильное повторное возбуждение дуги, увеличивая U_хх до расчетного в момент перехода тока через ноль.Thus, including the additional winding of the magnetic shunt, creating a displacing magnetic flux, in the current range +10. . . 30A, which ensures stable arc burning in all welding methods, can sharply reduce losses on the active resistance by reducing its duration, while ensuring stable re-excitation of the arc, increasing U _xx to the calculated value at the moment the current passes through zero.

Испытания опытного образца предлагаемого источника питания для дуговой сварки показали повышение КПД источника в сравнении с аналогичными на 15% и снижение массы в 2,5 раза при диапазоне плавного регулирования сварочного тока от 30 до 350 А, с номинальным током 250А и ПВ 60% . Tests of the prototype of the proposed power source for arc welding showed an increase in the efficiency of the source compared to similar ones by 15% and a decrease in mass by 2.5 times with a range of smooth regulation of the welding current from 30 to 350 A, with a rated current of 250 A and PV 60%.

КПД опытного образца 88% , масса 45 кг, габариты 460х340х370. Efficiency of the prototype 88%, weight 45 kg, dimensions 460x340x370.

Достигнутые результаты получены за счет увеличения коэффициента трансформации при постоянном напряжении холостого хода 60В. (56) Сварочное производство. N 11, 1988, с. 27-28. The achieved results were obtained by increasing the transformation coefficient at a constant open-circuit voltage of 60V. (56) Welding production. N 11, 1988, p. 27-28.

Claims

1. A POWER SUPPLY FOR ARC WELDING, which contains a three-wire transformer with a partially spaced primary and secondary windings, a magnetic shunt, the main winding of which is connected in series with the primary winding of the main transformer, which has a In order to increase the efficiency and reduce the overall dimensions of the source, the magnetic shunt is equipped with an additional winding, which is shunted by active resistance and turned on according to the sequence tionary with the primary winding of the shunt.

2. The source according to claim 1, characterized in that the switch is switched on in series with the active resistance in order to increase the efficiency by reducing the loss on active resistance.