RU2049616C1

RU2049616C1 - Universal welding generator

Info

Publication number: RU2049616C1
Application number: RU93025822/08A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Богатырев; Борис Иванович Жидков; В чеслав Дмитриевич Ермаков; Вячеслав Дмитриевич Ермаков; Юрий Сергеевич Огарь; Игорь Михайлович Пиковский; Анатолий Васильевич Пронченко; Вадим Николаевич Темников
Original assignee: Николай Иванович Богатырев; Борис Иванович Жидков; Вячеслав Дмитриевич Ермаков; Юрий Сергеевич Огарь; Игорь Михайлович Пиковский; Анатолий Васильевич Пронченко; Вадим Николаевич Темников
Priority date: 1993-04-29
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1995-12-10

Abstract

FIELD: welding technique. SUBSTANCE: universal welding generator, including a main and an additional three-phase windings of a stator, mutually, biased one relative to another by 90 electric degrees, a main and an additional driving windings, first and second three-phase bridge-type rectifiers with a capacitor of a filter, connected with an output of the last, a controlling unit with a discrete control circuit, feed back rectifier and a voltage divider, also includes a matching transformer with three-phase current winding and three-phase voltage winding, a mode switch-over, a power rectifier and a current transformer. The main three-phase winding of the stator has parallel sections, that may be joined in series, by a "star" connection, in parallel and by a "triangle" connection. The invention provides steeply sloping outer characteristic, suitable for energizing a welding arc, and a stable characteristics, suitable for feeding power to a motor load. EFFECT: enlarged using range of such generator. 1 cl, 1 dwg

Description

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. The invention relates to welding production and can be used for welding products in the field with piece electrodes, as well as for supplying motor and lighting loads with a voltage of 230/130 or 40 V.

Известен источник питания [1] содержащий асинхронный генератор повышенной частоты тока, понижающий трансформатор, конденсаторы возбуждения и регулирования сварочного тока, переключатели режима работ. A known power source [1] comprising an asynchronous generator of increased current frequency, step-down transformer, excitation capacitors and regulation of welding current, mode switches.

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. This source can be used for welding in the field, as well as for powering hand-held power tools. The disadvantage of this source is that when using it at a current frequency of 50 Hz, the capacitance increases sharply, and therefore, the dimensions and mass of the capacitor bank. On the other hand, the step-down transformer has power and dimensions commensurate with the generator, which affects the mass-dimensional and energy indicators of the entire source.

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. The closest in technical solution is a synchronous generator [2] containing the main and additional three-phase stator winding, offset from each other by 90 el. hail. The main and additional field windings are located on the rotor. The main three-phase stator winding through the first three-phase bridge rectifier is connected by one phase outputs to an additional field winding. For the phase output of the winding from the load side through a feedback rectifier and a voltage divider are connected to the input of the regulating element with a discrete control circuit, and the output of the latter is connected between one output of the filter capacitor and the first output of the main excitation winding. The second terminal of this winding is connected to another terminal of the filter capacitor, and the additional three-phase stator winding is connected to the input of the second three-phase bridge rectifier, at the output of which the specified filter capacitor is connected.

Недостатком данного синхронного генератора является жесткая внешняя характеристика, непригодная для производства сварочных работ. The disadvantage of this synchronous generator is a rigid external characteristic, unsuitable for welding.

Цель изобретения получение крутопадающих внешних характеристик пригодной для питания сварочной дуги и жесткой характеристики пригодной для питания двигательной нагрузки. The purpose of the invention is the obtaining of steeply falling external characteristics of a powerable welding arc and a rigid characteristic of a powerable motor load.

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. The proposed solution is industrially applicable. The experimental sample of a universal welding generator was tested in laboratory and field conditions. Tests have shown that for given dimensions, the welding current is regulated within 60-200 A, and when feeding a motor load, the power is 6 kVA.

В первом случае внешняя характеристика крутопадающая, а во втором жесткая. In the first case, the external characteristic is steeply falling, and in the second, it is hard.

На чертеже представлена схема принципиальная универсального сварочного генератора. The drawing shows a schematic diagram of a universal welding generator.

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. The universal welding generator (USG) contains a stator with a main three-phase winding (HSE) 1, consisting of parallel sections a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, connected to the contacts of the operation mode switch (PRR) 2, with the ability to connect the sections in series and in the "star" in parallel and in the "triangle", the output A1, B1, C1 PRP2 through the primary winding 3 of the matching transformer 4 and the primary winding of the current transformer 5 are connected to a power rectifier 6, an additional three-phase winding 7 of the stator with one side connected to the "star", and on the other side with a three-phase voltage winding 8 of the matching transformer 4 and with a second three-phase bridge rectifier 9, with a filter capacitor 10 at the output of the latter, the three-phase current winding 11 of the matching transformer 4, through the contacts of the PRP 2 is connected to the main three-phase winding 1 and simultaneously through the first three-phase bridge a rectifier 12 with an additional excitation winding 13 of the rotor (DOVR). The main rotor excitation winding (OVR) 14 is connected on one side to the ORD 13 and the positive terminals of the filter capacitor 10, and on the other hand, through the control element 15 with a discrete control circuit 16 with the negative terminals of the filter capacitor 10 and the second three-phase bridge rectifier 9, the first input 1 of the discrete control circuit 16 through a voltage divider 17 and a feedback rectifier 18 is connected to the secondary winding 19 of the current transformer, and the second 2 input directly from one of the sections with 3 of the main three-phase stator winding 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. Two operating modes are possible: power supply to the welding arc and low-voltage load, and power to motor and lighting loads. When powering the welding arc, the switch PRP 2 is in the position shown in the drawing. In this case, the winding sections a1-a3, b1-b3, c1-c3 are connected in parallel and in a "triangle". The output of the windings A1, B1, C1 is connected to the primary three-phase winding 3 of the matching transformer 4 and then according to the scheme.

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. When the generator is excited, the voltage A1, B1, C1 through the primary winding 3 of the matching transformer (CT) is supplied to the low-voltage connectors A2, B2, C2 and simultaneously to the power rectifier 6, and from the latter to the welding electrodes 20. Simultaneously, the voltage from the additional three-phase stator winding 7 arrives at the second three-phase bridge rectifier 9, is rectified, filtered by the filter capacitor 10 and applied to the OOVR 14 through the regulating element (transistor) 15. Depending on the voltage across sections 3, the discrete circuit 16 forms a specific duty cycle of the pulses with which the transistor 15 is switched. The current in the OVRF 14 is proportionally changed as well. In the absence of a welding current in the secondary circuits of the three-phase voltage winding 8, in the three-phase current winding 11 of the matching transformer 4 and in the secondary winding 19 of the current transformer, EMF is not induced and they affect the operation of the generator.

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. At the moment of closing of the welding electrodes 20, a current appears in the primary windings of the current transformer 5 and in the primary winding 3 of the matching transformer 4. Accordingly, in the secondary windings on these transformers appears EMF. The EMF of the three-phase voltage winding 8 is summed with the voltage of the additional three-phase stator winding 7 and is the power source of the OOVP 14. The EMF of the three-phase current winding 11 is rectified by the first three-phase bridge rectifier 12 and closes to the DOVR. The current from the said EMF creates an additional flow in the ORD, which brings the USG into saturation mode. The EMF of the secondary winding of the current transformer 19 is rectified by a feedback rectifier 18 and fed through a voltage divider 17 to the input 1 of the discrete control circuit 16. The latter, due to this signal, reduces the duty cycle of the pulses of the transistor 15 and, accordingly, the excitation current in the OOVR 14, thereby limiting the short circuit current.

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. At the time of a short circuit, the voltage on the main winding of the stator 1 approaches zero, therefore the voltage on sections c3 approaches zero, therefore, the feedback signal from this winding does not affect the operation mode of the discrete control circuit 16 and the control transistor 15. When the welding electrodes 20 an electric arc occurs, the welding process is in progress. At this moment, the external characteristic of the USG is formed by the current that creates the EMF by the current three-phase winding 11, flowing through the DOCR 13, and the amount of communication processing from the voltage divider 17. If the slider of the voltage divider 17 is shifted to the right according to the scheme, the negative feedback signal decreases, and the welding current increases , and vice versa. After the termination of the welding process, the load current disappears and the voltage at the main three-phase winding of the stator 1 increases to a value determined by the parameters of the discrete control circuit 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. If a low-voltage load (motor or active) is connected to terminals A2, B2, C2, then the load current creates an EMF in windings 8 and 11 and the processes described above go through, except that the load current does not pass through current transformer 5 and is not created negative current feedback signal. In this case, there is a negative voltage feedback signal taken from section 3 and the voltage stabilization mode occurs.

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. At the same time, there are negative feedback signals, two positive current feedbacks, implemented as follows. From the current three-phase winding 11 of the matching current transformer 4, an additional flow is generated in the DOCR 13 proportional to the load, and from the additional three-phase winding 8 the EMF is added to the voltage of the DTOS 7 and thereby increases the amplitude of the pulses in the SOTD, the duty cycle of which is regulated by the transistor 15 by the feedback value by output 2.

Если в первом случае, в режиме сварки, формируется крутопадающая характеристика, то в случае питания низковольтной нагрузки характеристика жесткая. If in the first case, in the welding mode, a steeply falling characteristic is formed, then in the case of supplying a low-voltage load, the characteristic is rigid.

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. The power mode of the motor and lighting load for a voltage of 220/127 V. For this mode, PRR 2 switches to the right position according to the scheme. In this case, the winding section a1-a3, b1-b3, c1-c3 is connected in series to a "star". Moreover, the zero point of the “star” is formed by the three-phase current winding 11 of the matching transformer 4 and the OCR 13 through the first three-phase bridge rectifier 12. The load in this case is connected to the terminals A, B, C, the primary winding 3 of the matching transformer 4 and the power rectifier 6 are not connected to the main three-phase winding of 1 stator.

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. At idle operation of the USG, the voltage from the DTOS 7 is rectified by a rectifier 9, filtered by the filter capacitor 10 and fed to OOVR 14 through the regulating transistor 15. Since the negative feedback signal from c3 has not changed, the idle current DOVR 13 and the degree of saturation do not change either generator magnetic system.

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. When the load is connected to the terminals A, B, C, the current passes through the stator windings and part through the first three-phase bridge rectifier 12 closes to the OWR 13. In this case, the excitation is forced, since the OWR stream 13 is summed with the OOVR stream 14. In the case of a voltage decrease the output of the generator proportionally decreases the voltage by c3, therefore, the negative feedback signal at input 2 of the discrete control circuit 16 decreases. The latter increases the duty cycle of the control signal, transistor 15 increases the excitation current and the voltage at the generator output will increase to a value determined by the statism of the control system.

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. Simultaneously with an increase in the flux from DOVR 13 and OOVR 14, the voltage at DTOS 7 will also increase, since it is shifted relative to the main three-phase stator winding by an angle of 90 electrical degrees. In this case, positive internal feedback on the load current will be implemented.

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. Thus, if we perform sections of the windings a1-c3 for a voltage of, for example, 42 V, then when connected to a "triangle" at the output of a power rectifier 6, we obtain an open-circuit voltage of 60 V, sufficient to ignite the arc. The same three-phase voltage can be used to power a hand-held power tool, heating and lighting devices.

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. In the case of connecting these sections in series and into a "star", we obtain a phase voltage of 127 V, and a linear voltage of 220 V, which can be used to power motor and lighting loads.

Во всех режимах обмотки генератора используются по номинальной нагрузке, что качественно отличает предлагаемый УСГ от известных. In all modes, the generator windings are used at rated load, which qualitatively distinguishes the proposed USG from the known ones.

В качестве дискретной схемы управления 16 можно использовать аналого-цифровой преобразователь с двумя входами, преобразующий линейный входной сигнал в регулируемую скважность выходного элемента. As a discrete control circuit 16, you can use an analog-to-digital Converter with two inputs, converting a linear input signal into an adjustable duty cycle of the output element.

Claims

UNIVERSAL WELDING GENERATOR, containing the main and additional three-phase stator windings, offset from each other by 90 el. hail. the main and additional field windings, the first and second three-phase bridge rectifiers with a filter capacitor at the output of the latter, a control element with a discrete control circuit, a feedback rectifier and a voltage divider, characterized in that it further comprises a mode switch, matching a transformer with a three-phase current winding and a three-phase voltage winding, a power rectifier and a current transformer, while the main three-phase stator winding is made of parallel sections with By connecting them in series and into a star, parallel and into a triangle, winding sections through the first group of contacts of the mode switch, the primary winding of the matching transformer and the primary winding of the current transformer are connected to the power rectifier, an additional three-phase stator winding connected to the star is connected to a three-phase winding the voltage of the matching transformer and to the second three-phase bridge rectifier with a filter capacitor at the output, the current three-phase winding of the matching trans the ormator is connected through the second group of contacts of the operation mode switch to the main three-phase stator winding and simultaneously through the first three-phase rectifier and the additional rotor field winding with the first terminal of the main rotor field winding, the positive terminal of the filter capacitor and the common point of the first and second three-phase bridge rectifiers, and the other terminal of the main the rotor field windings through a control element with a discrete control circuit connected to the negative terminal of the filter capacitor, the first the input of the discrete control circuit via a voltage divider and a feedback rectifier is connected to the secondary winding of the current transformer, and the second input is from one of the sections of the main stator winding.