RU2069610C1

RU2069610C1 - Arc-welding single-phase rectifier

Info

Publication number: RU2069610C1
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Горлов; В.Ю. Каплан; М.С. Шенкман
Original assignee: Акционерное общество "Электрик"
Priority date: 1991-05-07
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1996-11-27

Abstract

FIELD: welding; DC supply source for inert gas-shielded arc welding with nonconsuming electrode. SUBSTANCE: transformer of rectifier has spaced primary and secondary windings with shunt magnetic circuit placed in between. Shunt has nonmagnetic gap relative to main magnetic circuit of transformer. Winding embraces the shunt. This winding can be placed in series aiding or in opposition with primary windings or in series aiding with secondary windings. EFFECT: enhanced reliability of operation. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к источникам питания постоянного тока преимущественно для электродуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов на небольшие токи (до 80 -100 А). The invention relates to direct current power sources mainly for electric arc welding with a non-consumable electrode in an inert gas medium for small currents (up to 80-100 A).

Качественная сварка в среде инертных газов получается при крутопадающей (штыковой) вольт-амперной характеристике источника питания сварочной дуги. High-quality welding in an inert gas environment is obtained with a steeply falling (bayonet) current-voltage characteristic of a welding arc power source.

Известен однофазный сварочный выпрямитель, трансформатор которого имеет разнесенные первичные и вторичные обмотки, между которыми установлен шунт, имеющий немагнитный зазор относительно основного магнитопровода. На шунте имеются две реактивные обмотки, одна из которых, являясь регулировочной, подключена последовательно (согласно или встречно) со вторичной обмоткой и обе они подключены к выпрямительному однофазному мосту. Другая обмотка - слаботочная служит для обеспечения подпитки в моменты спадания сварочного тока до нуля и она через последовательно включенный фазосдвигающий конденсатор подключена к другому однофазному выпрямительному мосту. При этом оба однофазных моста по постоянному току включаются параллельно, образуя единый трехфазный выпрямительный мост, так как одно плечо у них является общим. A single-phase welding rectifier is known, the transformer of which has spaced primary and secondary windings, between which a shunt is installed, having a non-magnetic gap relative to the main magnetic circuit. There are two reactive windings on the shunt, one of which, being the regulating one, is connected in series (in accordance or opposite) with the secondary winding and both of them are connected to the rectifier single-phase bridge. Another winding, low-current, is used to provide recharge at the moment of welding current drop to zero and it is connected through a series-connected phase-shifting capacitor to another single-phase rectifier bridge. At the same time, both single-phase DC bridges are connected in parallel, forming a single three-phase rectifier bridge, since one shoulder is common.

Кроме того, для увеличения экономичности трансформатора, вторичная обмотка частично намотана на первичную. In addition, to increase the efficiency of the transformer, the secondary winding is partially wound on the primary.

Такой выпрямитель, обладая хорошими массо-габаритными показателями, имеет крутопадающую характеристику с кратностью тока короткого замыкания к сварочному, в пределах 1,3 1,5, что благоприятно для надежного зажигания и устойчивого горения сварочной дуги при сварке штучными электродами. Such a rectifier, having good mass and dimensional characteristics, has a steeply dropping characteristic with a multiplicity of short-circuit current to the welding, within 1.3 1.5, which is favorable for reliable ignition and stable burning of the welding arc when welding with piece electrodes.

Для аргонодуговой сварки наиболее целесообразна вольт-амперная характеристика с кратностью тока короткого замыкания, близкой к единице (штыковая характеристика). For argon-arc welding, the most appropriate current-voltage characteristic with a multiplicity of short-circuit current close to unity (bayonet characteristic).

Такая характеристика формируется без перераспределения витков вторичной обмотки. Однако, такое исполнение трансформатора менее экономично. Кроме того, при производстве выпрямителей общего применения, стремятся расширить диапазон сварочных токов, что достигается совместным переключением первичных и вторичных обмоток с параллельного на последовательное соединение и требуется значительное количество витков реактивной обмотки, что увеличивает кратность тока короткого замыкания и также снижает экономичность трансформатора. Such a characteristic is formed without redistributing the turns of the secondary winding. However, such a design of the transformer is less economical. In addition, in the production of general-purpose rectifiers, they seek to expand the range of welding currents, which is achieved by switching the primary and secondary windings from parallel to series connection and requires a significant number of reactive winding turns, which increases the multiplicity of short-circuit current and also reduces the efficiency of the transformer.

Цель изобретения создание сварочного выпрямителя со штыковой характеристикой и с глубоким регулированием сварочного тока, при сохранении высокой эффективности использования активных материалов трансформатора. The purpose of the invention is the creation of a welding rectifier with a bayonet characteristic and with deep regulation of the welding current, while maintaining high efficiency using active materials of the transformer.

Цель достигается тем, что регулировочная (реактивная) обмотка, снабженная отпайками, и расположенная на шунте, подключается последовательно согласно или встречно с первичной обмоткой, а для расширения диапазона регулирования она подключается согласно со вторичной обмоткой. The goal is achieved by the fact that the adjustment (reactive) winding, equipped with tap, and located on the shunt, is connected in series according to or counter to the primary winding, and to expand the regulation range it is connected according to the secondary winding.

Такое включение регулировочной обмотки в цепь вторичной обмотки снижает величину вторичного тока, что позволяет расширить диапазон регулирования в сторону малых токов, а также наматывать регулировочную обмотку проводом малого сечения. Such inclusion of the regulating winding in the secondary winding circuit reduces the magnitude of the secondary current, which allows you to expand the regulation range in the direction of low currents, as well as winding the regulating winding with a wire of small cross section.

На чертеже изображена схема предлагаемого выпрямителя. The drawing shows a diagram of the proposed rectifier.

Выпрямитель состоит из трансформатора, на основной магнитопровод 1 которого, насажены первичные обмотки 2 и вторичные обмотки 3. Обмотки разнесены и между ними, перпендикулярно основному магнитопроводу, установлен магнитопровод шунта 4, имеющий немагнитный зазор относительно основного магнитопровода. На магнитопровод шунта установлены регулировочная (реактивная) обмотка 5 и дополнительная обмотка 6. Регулировочная обмотка через коммутаторы 7 и 8 подключается последовательно либо с первичной обмоткой (согласно или встречно), либо последовательно и согласно со вторичной обмоткой. The rectifier consists of a transformer, on the main magnetic circuit 1 of which the primary windings 2 and secondary windings are mounted 3. The windings are spaced and between them, perpendicular to the main magnetic circuit, a shunt 4 magnetic circuit is installed, having a non-magnetic gap relative to the main magnetic circuit. An adjusting (reactive) winding 5 and an additional winding are installed on the shunt magnetic circuit. The adjusting winding through the switches 7 and 8 is connected in series either with the primary winding (in accordance with or in the opposite direction), or in series and in accordance with the secondary winding.

При подключении регулировочной обмотки к первичной обмотке сетевое питание подается к свободным от соединения точкам первичной и регулировочной обмоток через коммутаторы. Вторичная обмотка в этом случае через коммутатор 7 подключена к двум зажимам переменного тока трехфазного моста, образованного последовательно включенными (анод-катод) выпрямителями 9 и 10. When the adjustment winding is connected to the primary winding, the mains power is supplied to the connection-free points of the primary and adjustment windings through the switches. The secondary winding in this case through the switch 7 is connected to two AC terminals of a three-phase bridge formed by series-connected (anode-cathode) rectifiers 9 and 10.

При подключении регулировочной обмотки последовательно и согласно со вторичной обмоткой сетевое питание осуществляется через цепь коммутатора непосредственно на первичную обмотку, а последовательно включенные регулировочная и вторичная обмотки через цепи коммутатора подключены к тем же зажимам переменного тока трехфазного выпрямительного моста. When the adjustment winding is connected in series and in accordance with the secondary winding, the mains power is supplied through the switch circuit directly to the primary winding, and the regulating and secondary windings connected in series through the switch circuits are connected to the same AC terminals of the three-phase rectifier bridge.

Дополнительная обмотка шунта через последовательно включенный конденсатор 11 подключена к третьему зажиму переменного тока трехфазного выпрямительного моста образованными последовательно включенными диодами (анод-катод) 12 и к выводу вторичной обмотки непосредственно присоединенными к другому зажиму переменного тока трехфазного моста. The additional winding of the shunt through a series-connected capacitor 11 is connected to the third AC terminal of the three-phase rectifier bridge by the diodes (anode-cathode) 12 formed in series and to the output of the secondary winding directly connected to another AC terminal of the three-phase bridge.

Выпрямленное напряжение с трехфазного моста подключено плюсом к свариваемому изделию 13 и минусом к сварочной горелке 14 (при сварке на прямой полярности). The rectified voltage from the three-phase bridge is connected with a plus to the item being welded 13 and a minus to the welding torch 14 (when welding with direct polarity).

Выпрямитель работает следующим образом. The rectifier operates as follows.

При подаче на холостом ходу сетевого напряжения на последовательно соединенные первичную и регулировочную обмотки в основном магнитопроводе создается магнитный поток, индуктирующий ЭДС во вторичной обмотке, при этом из-за наличия немагнитного зазора МДС, создаваемая регулировочной обмоткой, весьма мала в сравнении с МДС первичной обмотки и ее влияние на величину индуктированной ЭДС невелико. При включении нагрузки во вторичной обмотке возникает ток, который в соответствии с коэффициентом трансформации увеличивает ток в первичной обмотке и соответственно, в регулировочной. Кроме того, в шунт ответвляется часть магнитного потока из-за реакции вторичной обмотки, поэтому падение напряжения на регулировочной обмотке возрастает и напряжение на вторичной обмотке падает, создавая крутопадающую вольт-амперную характеристику. Величина второго тока зависит от того, согласно или встречно включена регулировочная обмотка с первичной. When the mains voltage is applied to the primary and control windings in series at idle, a magnetic flux is generated in the main magnetic circuit, which induces the EMF in the secondary winding, and due to the non-magnetic gap of the MDS, the regulating winding is very small compared to the primary winding of the MDS and its effect on the magnitude of the induced emf is small. When the load is turned on, a current appears in the secondary winding, which, in accordance with the transformation coefficient, increases the current in the primary winding and, accordingly, in the regulating one. In addition, part of the magnetic flux branches off into the shunt due to the reaction of the secondary winding; therefore, the voltage drop across the regulating winding increases and the voltage at the secondary winding drops, creating a steeply dropping current-voltage characteristic. The magnitude of the second current depends on whether the control winding with the primary one is turned on or off.

Количество витков регулировочной обмотки соизмеримо или превышает количество витков вторичной обмотки, поэтому, если ее включить последовательно и согласно со вторичной обмоткой, то величина вторичного тока при нагрузке уменьшается в 4 раза при равенстве витков регулировочной и вторичной обмоток или более, если количество витков превышает число витков вторичной обмотки, так как зависимость снижения тока от суммарного количества витков квадратичная. The number of turns of the control winding is commensurate with or exceeds the number of turns of the secondary winding, therefore, if it is turned on sequentially and in accordance with the secondary winding, then the value of the secondary current under load decreases by 4 times if the turns of the control and secondary windings are equal, or more, if the number of turns exceeds the number of turns secondary winding, since the dependence of the current reduction on the total number of turns is quadratic.

Поскольку регулировочная обмотка рассчитывается на пропускание тока первичной обмотки, а согласное подключение ее ко вторичной обмотке приводит к существенному уменьшению величины вторичного тока, это позволяет не увеличивать на нее расход активных материалов. Since the adjusting winding is calculated on the transmission of current of the primary winding, and its consonant connection to the secondary winding leads to a significant decrease in the magnitude of the secondary current, this allows not to increase the consumption of active materials on it.

Следует учитывать, что вольт-амперная характеристика в этом случае остается крутопадающей. It should be borne in mind that the current-voltage characteristic in this case remains steeply dipping.

ЭДС, индуктируемая в обмотке 6, вызывает ток подпитки, ограниченный реактивным сопротивлением конденсатора 11 и сдвинутый по фазе относительно основного тока на 90 электрических градусов, благодаря чему отсутствуют провалы сварочного тока до нулевого значения, что необходимо для стабильного горения дуги. The EMF induced in the winding 6 causes a make-up current limited by the reactance of the capacitor 11 and shifted in phase relative to the main current by 90 electrical degrees, due to which there are no dips in the welding current to zero, which is necessary for stable arc burning.

Изготовленный опытный образец выпрямителя с максимальным сварочным током 85 А имеет пределы регулирования тока от 7 до 85 А и обладает высокими сварочными свойствами. При этом один из коммутаторов 8 пропускает только ток первичной обмотки. Поэтому является достаточно компактным. Оба коммутатора серийно выпускаются отечественной промышленностью и в совокупностим позволяют иметь не менее 12 ступеней регулирования. The manufactured prototype rectifier with a maximum welding current of 85 A has current control limits from 7 to 85 A and has high welding properties. In this case, one of the switches 8 passes only the primary current. Therefore, it is quite compact. Both switches are commercially available by the domestic industry and together allow at least 12 regulation levels.

Claims

1. A single-phase rectifier for arc welding, containing a transformer with spaced primary and secondary windings, between which a shunt magnetic circuit is installed, having a non-magnetic gap with the main transformer magnetic circuit and a reactive winding covering the shunt, characterized in that, in order to increase the steepness of the external characteristic of the rectifier, it is equipped with a three-phase rectifier bridge, two switches, a capacitor and an additional winding of the shunt, and the primary windings are connected in a first series th circuit, one terminal of this circuit is connected to the first network terminal and the other to the first switch, the secondary windings are connected to a second serial circuit, one terminal of which is connected to the first input terminal of the bridge, and the second terminal to the first switch, while the first terminal of the additional winding connected to the second input terminal of the bridge and the first switch, and the second output of the additional winding through the capacitor with the third input terminal of the bridge, the output terminals of which are connected to the output terminals of the rectifier, and reactive TCA is connected to the first and second switches, which are connected together, and the second network terminal connected to the first switch.

2. The rectifier according to claim 1, characterized in that the reactive winding is connected in series according to or counter to the primary windings.

3. The rectifier under item 1, characterized in that, in order to expand the range of regulation of the welding current in the direction of low currents while maintaining the effective use of active materials, the reactive winding is connected in series according to the secondary windings.