RU2069128C1

RU2069128C1 - Arc welding rectifier

Info

Publication number: RU2069128C1
Application number: RU94001014A
Authority: RU
Inventors: Г.Л. Бенедиктов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им.В.И.Ульянова (Ленина)
Priority date: 1994-01-12
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 1996-11-20

Abstract

FIELD: welding; arc supply at automatic and hand welding. SUBSTANCE: rectifier has transformer with secondary winding divided into three parts, current controller built around thyristors, rectifying unit connected with first part of secondary winding and with welding load. Thyristors are connected with second part of secondary winding and with welding load. Capacitor is connected with third part of secondary winding and with first outputs of diodes whose second outputs are connected with welding load. EFFECT: enlarged operating capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для питания дуги при автоматической и ручной сварке. Известен источник питания сварочной дуги, содержащий силовой трансформатор с двумя вторичными обмотками, мостовой неуправляемый и управляемый выпрямитель, соединенные с выходом источника питания, при этом неуправляемый выпрямитель соединен с обмоткой трансформатора через конденсатор (А. с. СССР N 1639907, кл. В 23 К 9/09, 1991). К недостаткам известного источника питания относится большое значение емкости конденсаторов, необходимых для обеспечения устойчивой работы устройства при фазовом регулировании тиристоров управляемого выпрямителя. Коэффициент мощности имеет низкое значение. The invention relates to welding production and can be used to power the arc in automatic and manual welding. A welding arc power source is known, comprising a power transformer with two secondary windings, an uncontrolled and controlled rectifier bridge connected to the power source output, while an uncontrolled rectifier is connected to the transformer winding through a capacitor (A. S. USSR N 1639907, class. 23 K 9/09, 1991). The disadvantages of the known power source include the great importance of the capacitance of the capacitors necessary to ensure stable operation of the device during phase regulation of the thyristors of a controlled rectifier. Power factor is low.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является сварочный выпрямитель для дуговой сварки, содержащий однофазный трансформатор с первичной обмоткой и разделенной на части вторичной обмоткой, устройство регулирования сварочного тока, выпрямительный блок, вывода которого соединены с выводами сварочного выпрямителя, при этом выводы переменного тока выпрямительного блока соединены с выводами первой части вторичной обмотки, устройство регулирования сварочного тока выполнено в виде двух тиристоров, при этом объединенные анод и катод двух тиристоров соединены с выводом второй части вторичной обмотки, которая соединена последовательно с первой частью, а вторые выводы тиристоров соединены с выводами сварочного выпрямителя (см. А. с. СССР N 1815054, кл. В 23 К 9/00, 1993 г). Недостатком известного устройства является малые значения коэффициента мощности и большие искажения тока, потребляемого из сети. Closest to the proposed device is a welding rectifier for arc welding, containing a single-phase transformer with a primary winding and a secondary winding divided into parts, a welding current control device, a rectifier unit, the terminals of which are connected to the terminals of the welding rectifier, while the AC terminals of the rectifier unit are connected to the findings of the first part of the secondary winding, the welding current control device is made in the form of two thyristors, while the combined anode and two thyristors connected to the output of the second portion of the secondary winding which is connected in series with the first portion and the second terminals of the thyristors connected to the terminals of the welding rectifier (see. A. p. USSR N 1815054, cl. B 23 K 9/00, 1993). A disadvantage of the known device is the small power factor and large distortion of the current consumed from the network.

Уменьшение потребления энергии и улучшение качества сварочного шва является задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство. Уменьшение потребляемой энергии при сварочном процессе может достигаться за счет уменьшения потребляемой от сети реактивной мощности, и уменьшения потребляемой активной мощности. Значение реактивной мощности уменьшается за счет приближения формы тока сети к идеальной синусоидальной форме. Уменьшение потребляемой активной мощности достигается за счет улучшения процесса расплавления металла электрода и мелкокапельного переноса его в сварочную ванну. При мелкокапельном переносе металла достигается улучшение качества шва за счет уменьшения разбрызгивания. Reducing energy consumption and improving the quality of the weld is the task to which the proposed device is aimed. The reduction of energy consumption during the welding process can be achieved by reducing the reactive power consumed from the network, and reducing the consumed active power. The value of reactive power decreases due to the approximation of the shape of the network current to the ideal sinusoidal shape. The reduction in active power consumption is achieved by improving the process of melting the metal of the electrode and droplet transfer it to the weld pool. With small droplet transfer of metal, an improvement in the quality of the seam is achieved by reducing spatter.

Предлагаемый выпрямитель для дуговой сварки позволяет уменьшить значения тока, потребляемого из питающей сети, за счет улучшения формы, уменьшения активной и реактивной составляющий тока. Малые значения потребляемого тока позволяют использовать устройство в различных областях народного хозяйства, в бытовых условиях и в условиях малых предприятий и хозяйств. Устройство позволяет уменьшить расход электрической энергии на производство сварочных работ. The proposed rectifier for arc welding can reduce the value of the current consumed from the supply network by improving the shape, reducing the active and reactive components of the current. Small values of current consumption allow the device to be used in various areas of the national economy, in domestic conditions and in conditions of small enterprises and farms. The device allows to reduce the consumption of electric energy for welding.

Этот технический результат может быть получен, если использовать сварочный выпрямитель для дуговой сварки, содержащий однофазный трансформатор с первичной обмоткой и разделенной на части вторичной обмоткой, устройство регулирования сварочного тока, выпрямительный блок, выводы которого соединены с выводами сварочного выпрямителя, при этом выводы переменного тока выпрямительного блока соединены с выводами первой части вторичной обмотки, устройство регулирования сварочного тока выполнено в виде двух тиристоров, при этом объединенные анод и катод тиристоров соединены с выводом второй части вторичной обмотки, которая соединена последовательно с первой частью, а вторые выводы тиристоров соединены с выводами сварочного выпрямителя. Вторичная обмотка выполнена с дополнительной третьей частью, и введены конденсатор и два диода. Первый вывод дополнительной третьей части вторичной обмотки соединен с первым выводом конденсатора, а второй вывод конденсатора соединен с объединенными катодом и анодом двух введенных диодов. Вторые выводы диодов соединены с выходными выводами сварочного выпрямителя. Второй вывод дополнительной третьей части вторичной обмотки соединен с выводом последовательно соединенных двух частей вторичной обмотки. This technical result can be obtained if you use a welding rectifier for arc welding, containing a single-phase transformer with a primary winding and a secondary winding divided into parts, a welding current control device, a rectifier unit, the terminals of which are connected to the terminals of the welding rectifier, while the AC terminals of the rectifier the blocks are connected to the terminals of the first part of the secondary winding, the welding current control device is made in the form of two thyristors, while the combined the anode and cathode of the thyristors are connected to the terminal of the second part of the secondary winding, which is connected in series with the first part, and the second terminals of the thyristors are connected to the terminals of the welding rectifier. The secondary winding is made with an additional third part, and a capacitor and two diodes are introduced. The first terminal of the additional third part of the secondary winding is connected to the first terminal of the capacitor, and the second terminal of the capacitor is connected to the combined cathode and anode of the two inserted diodes. The second terminals of the diodes are connected to the output terminals of the welding rectifier. The second terminal of the additional third part of the secondary winding is connected to the terminal of the series-connected two parts of the secondary winding.

Напряжение холостого хода обеспечивается суммарным значением напряжений трех частей вторичной обмотки, которое передается через конденсатор, введенные диоды и диоды вентильного блока к выводам выпрямителя. Напряжение имеет допустимые по условиям электробезопасности и достаточное для зажигания дуги. При зажигании дуги обеспечивается минимальное значение сварочного тока за счет работы первой части вторичной обмотки и выпрямительного блока. Значение тока ограничивается индуктивным сопротивлением обмоток трансформатора. Значение тока обеспечивает сварку на электродах малых диаметров. При работе тиристоров устройства регулирования сварочного тока обеспечивается работа с электродами больших диаметров. При минимальном угле регулирования обеспечивается максимальный сварочный ток. Ток первичной обмотки определяется результирующими ампервитками трех частей вторичной обмотки. Конденсатор, подключенный к третьей части вторичной обмотки, обеспечивает опережающую составляющую тока при работе выпрямителя. Напряжение на третьей части вторичной обмотки имеет наибольшее значение. Это обеспечивает компенсацию реактивной составляющей тока и малые значения первичного тока при максимальном сварочном токе. Пульсирующий характер тока в сварочной нагрузке обеспечивает мелкокапельный перенос металла и малые значения тока, потребляемого при сварке. The open circuit voltage is provided by the total voltage value of the three parts of the secondary winding, which is transmitted through the capacitor, the introduced diodes and diodes of the valve block to the terminals of the rectifier. The voltage is permissible under electrical safety conditions and sufficient to ignite the arc. When igniting the arc, the minimum value of the welding current is ensured due to the operation of the first part of the secondary winding and the rectifier block. The current value is limited by the inductive resistance of the transformer windings. The current value provides welding on electrodes of small diameters. When the thyristors of the welding current control device are operated, operation with electrodes of large diameters is ensured. With a minimum control angle, maximum welding current is provided. The primary current is determined by the resulting ampere-turns of the three parts of the secondary winding. A capacitor connected to the third part of the secondary winding provides an advanced component of the current during rectifier operation. The voltage on the third part of the secondary winding is of the greatest importance. This provides compensation of the reactive component of the current and low values of the primary current at maximum welding current. The pulsating nature of the current in the welding load provides a small drop transfer of metal and low values of current consumed during welding.

На фигуре приведена схема сварочного выпрямителя для дуговой сварки. Сварочный выпрямитель для дуговой сварки содержит однофазный трансформатор 1 с первичной обмоткой 2. Вторичная обмотка разделена на части. Выводы первой части 3 соединены с выводами переменного тока вентильного блока 4. Вторая часть 5 соединена согласно последовательно с первой частью 3. К выходу второй части 5 подключены тиристоры 6 устройства регулирования. Третья часть 7 вторичной обмотки соединена согласно с первой 3 и второй 5 частями обмоток. К выводам третьей части 7 присоединен конденсатор 8, который через диоды 9 соединен с выходными выводами сварочного выпрямителя 10. Тиристоры 6 управляются сигналами от системы управления 11. The figure shows a diagram of a welding rectifier for arc welding. The welding rectifier for arc welding contains a single-phase transformer 1 with a primary winding 2. The secondary winding is divided into parts. The findings of the first part 3 are connected to the AC terminals of the valve unit 4. The second part 5 is connected in series with the first part 3. The thyristors 6 of the control device are connected to the output of the second part 5. The third part 7 of the secondary winding is connected in accordance with the first 3 and second 5 parts of the windings. A capacitor 8 is connected to the terminals of the third part 7, which is connected through diodes 9 to the output terminals of the welding rectifier 10. The thyristors 6 are controlled by signals from the control system 11.

Трансформатор 1 сварочного выпрямителя для дуговой сварки имеет первичную и разделенную на три части 3, 5, 7 вторичную обмотку. Напряжение на части 3 имеет значение, достаточное для сварки на электродах малого диаметра. Устойчивая работа сварочного выпрямителя обеспечивается дополнительной частью 7, которая через конденсатор 8 питает малым током в моменты времени, в которые ток от части 3 обмотки и блока 4 имеет недостаточные для поддержания дуги значения. Суммарное напряжение на двух частях 3 и 5 обеспечивает значение сварочного тока при открытых тиристорах 6, которое позволяет работать с штучными электродами средних диаметров (3 4 мм). Устойчивая работа устройства в моменты, при которых мгновенное значение тока от тиристоров 6 близко к нулю, поддерживается за счет тока конденсатора 8 и диодов 9. The transformer 1 of the welding rectifier for arc welding has a primary and a secondary winding divided into three parts 3, 5, 7. The voltage on part 3 has a value sufficient for welding on small diameter electrodes. Stable operation of the welding rectifier is provided by an additional part 7, which feeds a small current through the capacitor 8 at times in which the current from part 3 of the winding and unit 4 is insufficient to maintain the arc. The total voltage on the two parts 3 and 5 provides the value of the welding current with open thyristors 6, which allows you to work with piece electrodes of medium diameters (3 4 mm). Stable operation of the device at times at which the instantaneous current value from the thyristors 6 is close to zero is supported by the current of the capacitor 8 and diodes 9.

Сварочный выпрямитель для дуговой сварки работает следующим образом. При включении в питающую сеть устройства на трех частях 3, 5, 7 вторичной обмотки создается напряжение, которое после выпрямления не превосходит 100 В, допустимых при ручной сварке. Возбуждают дугу за счет касания электродом изделия. После возбуждения дуги сопротивление дугового промежутка резко падает, что приводит к появлению тока в трех частях 3, 5, 7 вторичной обмотки, вентильном блоке 4, конденсаторе 8, диодах 9 и сварочной нагрузке, подключенной к выводам 10. Ток ограничивается реактивным сопротивлением обмоток 2 и 3. Ток через обмотки 5, 7 ограничивается реактивным сопротивлением конденсатора 8. Ток в обмотке 3 и вентильном блоке 4 имеет активно-индуктивную реакцию. Ток в обмотках 5, 7 и конденсаторе 8 имеет емкостную реакцию. Мгновенное значение тока дуги всегда отлично от нулевого значения. Коммутация диодов 9 и вентилей блока 4 происходит в разные моменты времени. При работе системы управления 11 тиристоры 6 открываются с различным запаздыванием от момента открытия вентилей блока 4. После открытия тиристоров 6 вентили блока 4, подключенные к общей точке частей 3, 5, закрываются. Мгновенное значение сварочного тока увеличивается. Изменение моментов включения тиристоров 6 позволяет изменять среднее значение сварочного тока в нагрузке. Регулирование среднего значения сварочного тока возможно за счет изменения числа витков в частях 3, 5 вторичной обмотки. В простейших случаях это можно выполнить путем исключения вентилей либо тиристоров в вентильном блоке, соединенных с общей точкой 3 и 5 частей, либо за счет исключения тиристоров 6. A welding rectifier for arc welding works as follows. When the device is connected to the supply network in three parts 3, 5, 7 of the secondary winding, a voltage is created that, after rectification, does not exceed 100 V, permissible during manual welding. Excite the arc by touching the electrode with the product. After the arc is excited, the resistance of the arc gap drops sharply, which leads to the appearance of current in three parts 3, 5, 7 of the secondary winding, valve block 4, capacitor 8, diodes 9, and the welding load connected to terminals 10. The current is limited by the reactance of the windings 2 and 3. The current through the windings 5, 7 is limited by the reactance of the capacitor 8. The current in the winding 3 and the valve block 4 has an active-inductive reaction. The current in windings 5, 7 and capacitor 8 has a capacitive response. The instantaneous value of the arc current is always different from zero. Switching diodes 9 and valves of block 4 occurs at different points in time. When the control system 11 is operating, the thyristors 6 open with various delays from the moment the valves of the unit 4 are opened. After the thyristors 6 are opened, the valves of the unit 4 connected to the common point of parts 3, 5 are closed. The instantaneous value of the welding current increases. Changing the moments of inclusion of thyristors 6 allows you to change the average value of the welding current in the load. The regulation of the average value of the welding current is possible by changing the number of turns in parts 3, 5 of the secondary winding. In the simplest cases, this can be done by eliminating the gates or thyristors in the valve block connected to a common point 3 and 5 of the parts, or by eliminating the thyristors 6.

При малых значениях напряжения на обмотке 3 и 5 угол сдвига между токов в обмотках 3 и 5 и токов в части 7 вторичной обмотки имеет значение, близкое к 90^o. В этом случае минимальные значения тока сварочной нагрузки от обмоток 3 и 5 совпадают по времени с максимальными значениями тока в третьей части 7 вторичной обмотки, который имеет фазовый сдвиг, определяемый конденсатором.With small values of the voltage on the windings 3 and 5, the shear angle between the currents in the windings 3 and 5 and the currents in part 7 of the secondary winding has a value close to 90 ^o . In this case, the minimum values of the welding load current from the windings 3 and 5 coincide in time with the maximum current values in the third part 7 of the secondary winding, which has a phase shift determined by the capacitor.

Это позволяет использовать конденсаторы относительно малой емкости. Обеспечивается сварочный ток с большим значением переменной составляющей, что обеспечивает мелкокапельный перенос металла при небольших значениях сварочного тока. This allows the use of capacitors of relatively small capacity. Provides a welding current with a large value of the variable component, which provides a small drop transfer of metal at low values of the welding current.

Claims

A welding rectifier for arc welding, comprising a single-phase transformer with a primary winding and a secondary winding divided into parts, a welding current control device, a rectifier unit, the terminals of which are connected to the output terminals of the welding rectifier, while the AC terminals of the rectifier block are connected to the terminals of the first part of the secondary winding , the welding current control device is made in the form of two thyristors, while the combined anode and cathode of the thyristors are connected to the output of the second part and a secondary winding, which is connected in series with the first part, and the other terminals of the thyristors are connected to the output terminals of the welding rectifier, characterized in that the secondary winding is made with an additional third part, a capacitor and two diodes are introduced, while the third part of the secondary winding is connected in series with the second part, and the first output of the third part of the secondary winding with the first output of the capacitor, the second output of the capacitor is connected to the combined cathode and anode of two diodes, the second outputs of the diodes to the output ny conclusions of the welding rectifier.