RU2082572C1

RU2082572C1 - Welder

Info

Publication number: RU2082572C1
Application number: RU95101874/02A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Константинович Селиверстов; Вячеслав Константинович Селиверстов; Николай Иванович Фанин; Александр Григорьевич Жуков; Александр Дмитриевич Лаврухин; Гарри Генрихович Фишер; Петр Сергеевич Комонов; В чеслав Иванович Иевлев; Вячеслав Иванович Иевлев; Александр Сергеевич Копылов; Александр Петрович Шутков
Original assignee: Вячеслав Константинович Селиверстов; Николай Иванович Фанин; Александр Григорьевич Жуков; Александр Дмитриевич Лаврухин; Гарри Генрихович Фишер; Петр Сергеевич Комонов; Вячеслав Иванович Иевлев; Александр Сергеевич Копылов; Александр Петрович Шутков
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1997-06-27
Also published as: RU95101874A

Abstract

FIELD: ac arc welding, hand welding. SUBSTANCE: welder has magnetic circuit with primary and secondary windings. Additional winding is installed on outer side surface of magnetic circuit and is connected is series with primary winding. Magnetic circuit of ring shape can be used. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области сварки, в частности к электродуговой сварке на переменном токе, и может быть применено при ручной сварке. The invention relates to the field of welding, in particular to electric arc welding with alternating current, and can be applied in manual welding.

Известен сварочный аппарат с отдельным дросселем [1, с. 35, 36, рис. 27] состоящий из понижающего трансформатора и дросселя. Known welding machine with a separate choke [1, p. 35, 36, fig. 27] consisting of a step-down transformer and a choke.

Данное устройство позволяет получить падающую внешнюю характеристику. This device allows to obtain a falling external characteristic.

Недостатком является то, что создание ЭДС самоиндукции осуществляется при больших изменениях сварочного тока и его больших абсолютных значениях, что вызывает необходимость изготавливать массивные и значительные по габаритам сварочные аппараты это проявляется в изготовлении соизмеримого по габаритам и весу с сердечником (магнитопроводом) трансформатора сердечника дросселя. Кроме того, так как обмотка дросселя находится в сильноточной (сварочной) цепи, то поперечное сечение и вес этой обмотки велики. The disadvantage is that the creation of EMF of self-induction is carried out with large changes in the welding current and its large absolute values, which necessitates the manufacture of massive and significant in size welding machines, this is manifested in the manufacture of a transformer of a choke core that is comparable in size and weight to the core (magnetic circuit). In addition, since the inductor winding is located in a high-current (welding) circuit, the cross section and weight of this winding are large.

Известен сварочный аппарат, содержащий трансформатор, имеющий магнитопровод в виде стержней, на которых расположены по две катушки: одна с первичной обмоткой; вторая со вторичной обмоткой. Катушки обмоток соединены параллельно. Первичная обмотка закреплена неподвижно. Катушки вторичной обмотки перемещаются винтовым механизмом вручную [1, с. 40, 41]
Указанный сварочный аппарат позволяет исключить дроссель, уменьшить габариты и вес за счет образования магнитных потоков рассеяния, которые создают значительное индуктивное сопротивление и обеспечивают получение падающей внешней характеристики.Known welding machine containing a transformer having a magnetic circuit in the form of rods on which there are two coils: one with a primary winding; the second with a secondary winding. Coils of windings are connected in parallel. The primary winding is fixed motionless. The secondary winding coils are moved by a screw mechanism manually [1, p. 40, 41]
The specified welding machine allows you to exclude the inductor, to reduce the size and weight due to the formation of magnetic fluxes of scattering, which create a significant inductive resistance and provide a falling external characteristics.

Однако такие технические решения недостаточно снижают габариты и вес сварочного аппарата ввиду большого расхода обмоточного провода (по две катушки в каждой обмотке) и большой длины стержней магнитопровода, нужных для регулирования сварочного тока перемещением одной из обмоток. However, such technical solutions do not sufficiently reduce the dimensions and weight of the welding machine due to the high consumption of the winding wire (two coils in each winding) and the large length of the magnetic core rods needed to control the welding current by moving one of the windings.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является сварочный аппарат, содержащий магнитопровод с первичной, вторичной и дополнительной обмотками, причем дополнительная обмотка установлена на наружной боковой поверхности магнитопровода. The closest in technical essence to the claimed is a welding machine containing a magnetic circuit with primary, secondary and additional windings, with the additional winding mounted on the outer side surface of the magnetic circuit.

Следует подчеркнуть, что в этом устройстве магнитопровод выполнен кольцеобразной формы и при его работе возникают два взаимно перпендикулярных (ортогональных) магнитных потока. It should be emphasized that in this device the magnetic circuit is made ring-shaped and during its operation two mutually perpendicular (orthogonal) magnetic fluxes arise.

Цель изобретения уменьшение габаритов и веса сварочного аппарата при сохранении качества сварки. The purpose of the invention is the reduction of the dimensions and weight of the welding machine while maintaining the quality of welding.

Поставленная цель достигается тем, что в сварочный аппарат, содержащий магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, введена дополнительная обмотка, установленная на наружной боковой поверхности магнитопровода и последовательно соединенная с первичной обмоткой. This goal is achieved by the fact that in the welding machine containing a magnetic circuit with primary and secondary windings, an additional winding is installed, installed on the outer side surface of the magnetic circuit and connected in series with the primary winding.

Создание дополнительного магнитного потока и одновременное увеличение индуктивного сопротивления первичной цепи позволяет при изготовлении сварочного аппарата создать падающую внешнюю характеристику за счет размещения дополнительной обмотки в слаботочной первичной цепи, при этом напряжение во вторичной цепи определяется следующим образом:

,
где U_вх напряжение, подводимое от источника переменного тока;
h коэффициент трансформации, причем

ω круговая частота;
I₁ ток в первичной цепи,
и выполнить эту обмотку такого же малого сечения, как и провод первичной обмотки, что ведет к снижению расхода обмоточного провода по массе.The creation of an additional magnetic flux and a simultaneous increase in the inductive resistance of the primary circuit allows the manufacture of a welding machine to create a falling external characteristic by placing an additional winding in a low-current primary circuit, while the voltage in the secondary circuit is determined as follows:

,
where U _I voltage supplied from an AC source;
h transformation coefficient, and

ω circular frequency;
I ₁ current in the primary circuit,
and perform this winding of the same small cross section as the primary winding wire, which leads to a decrease in the mass flow rate of the winding wire.

Кроме того, операции увеличения индуктивного сопротивления первичной цепи и придание дополнительному магнитному потоку направления, перпендикулярного основному магнитному потоку, позволяют при изготовлении устройства последовательно соединить первичную и дополнительную обмотки так, что при этом обмотки своими магнитными полями не влияют друг на друга. In addition, the operations of increasing the inductive resistance of the primary circuit and giving the additional magnetic flux a direction perpendicular to the main magnetic flux allow the primary and secondary windings to be connected in series in the manufacture of the device so that the windings do not affect each other with their magnetic fields.

Исключение этого влияния и увеличение индуктивного сопротивления согласно способу реализуются в конструкции сварочного аппарат по-новому: дополнительная обмотка наматывается на наружную боковую поверхность магнитопровода перпендикулярно плоскостям витков первичной и вторичной обмоток. The exclusion of this influence and the increase in inductive resistance according to the method are implemented in the design of the welding machine in a new way: the additional winding is wound on the outer side surface of the magnetic circuit perpendicular to the planes of the turns of the primary and secondary windings.

При этом индуктивное сопротивление дополнительной обмотки
X_д.о= L_д.о•ω, где L_д.о= к•μ•D•ω²/l [2, с. 116]
создается за счет перераспределения параметров, определяющих ее индуктивность L_g.о. С одной стороны, уменьшается магнитная проницаемость μ так как дополнительный магнитный поток идет не вдоль направления прокатки анизотропной холоднокатанной стали сердечника, а поперек [3, с. 21] с другой стороны, при такой намотке сильно увеличивается диаметр дополнительной обмотки D.In this case, the inductive resistance of the additional winding
X _d.o = L _d.o • ω, where L _d.o = k • μ • D • ω ² / l [2, p. 116]
created due to the redistribution of parameters that determine its inductance L _g.о. On the one hand, the magnetic permeability μ decreases, since the additional magnetic flux does not go along the direction of rolling of the anisotropic cold-rolled steel of the core, but across [3, p. 21] on the other hand, with such winding, the diameter of the additional winding D.

Причем чем меньше периметр этой боковой поверхности (что осуществляется применением, например, тороидального трансформатора с сердечником кольцеобразной формы), тем меньше габариты и вес устройства. Moreover, the smaller the perimeter of this side surface (which is carried out using, for example, a toroidal transformer with a ring-shaped core), the smaller the dimensions and weight of the device.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого сварочного аппарата для электродуговой сварки на переменном токе; на фиг. 2 - расположение дополнительной обмотки на наружной боковой поверхности магнитопровода. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed welding machine for electric arc welding with alternating current; in FIG. 2 - location of the additional winding on the outer side surface of the magnetic circuit.

Сварочный аппарат содержит: магнитопровод 1 с первичной 2, вторичной 3 и дополнительной 4 обмотками; 5 наружная боковая поверхность магнитопровода 1; 6 провода первичной обмотки для подачи напряжения U_вх от источника переменного тока; 7 провода вторичной обмотки, с которых снимается напряжение U₂ при сварке; I₁ ток в первичной и в дополнительной обмотках; I₂ ток во вторичной (сварочной) цепи; f_осн - основной магнитный поток, индуктируемый током I₁ в магнитопроводе I; φ_доп дополнительный магнитный поток в магнитопроводе 1, перпендикулярный потоку φ_осн и поэтому не влияющий на него; T_p трансформатор.The welding machine contains: magnetic circuit 1 with primary 2, secondary 3 and additional 4 windings; 5 outer side surface of the magnetic circuit 1; 6 wires of the primary winding for supplying voltage U _in from an AC source; 7 wires of the secondary winding, from which the voltage U ₂ is removed during welding; I ₁ current in the primary and additional windings; I ₂ current in the secondary (welding) circuit; f _DOS - the main magnetic flux induced by the current I ₁ in the magnetic circuit I; φ _add additional magnetic flux in the magnetic circuit 1, perpendicular to the flux _osf and therefore not affecting it; T _p transformer.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

В первичной цепи создают дополнительный магнитный поток, перпендикулярный направлению основного магнитного потока, реализуемый в устройстве путем навивки дополнительной обмотки на наружную боковую поверхность того же самого магнитопровода, преимущественно кольцеобразной формы, на котором размещены первичная и вторичная обмотки. An additional magnetic flux is created in the primary circuit, perpendicular to the direction of the main magnetic flux, which is realized in the device by winding an additional winding onto the outer side surface of the same magnetic core, mainly a ring-shaped one, on which the primary and secondary windings are placed.

Такая компоновка, когда все обмотки расположены на одном "носителе" (магнитопроводе), существенно уменьшает габариты сварочного аппарата. Кроме того, последовательное соединение первичной и дополнительной обмоток при подаче входного напряжения U_вх уменьшает ток J₁ за счет одновременного создания индуктивного сопротивления на дополнительной обмотке. Это позволяет одновременно с созданием дополнительного магнитного потока увеличить индуктивное сопротивление первичной цепи. В сварочном аппарате эти обмотки навивают проводом малого сечения S₁ S_{доп.обм} ≈ 2-5 мм², так как J₁ ≈ 20-30 A. Это также позволяет снизить вес всего устройства.Such an arrangement, when all the windings are located on one “carrier” (magnetic circuit), significantly reduces the dimensions of the welding machine. In addition, the series connection of the primary and secondary windings when applying the input voltage U _I reduces the current J ₁ due to the simultaneous creation of inductive resistance on the additional winding. This allows simultaneously with the creation of additional magnetic flux to increase the inductive resistance of the primary circuit. In the welding machine, these windings are wound with a small cross-section wire S ₁ S _{extra vol} ≈ 2-5 mm ² , since J ₁ ≈ 20-30 A. This also reduces the weight of the entire device.

Дополнительная обмотка является "буферной": при коротком замыкании в начале сварки и при случайном уменьшении дугового промежутка в процессе сварки растет сварочный ток J₂, что, в свою очередь, вызывает возникновение рабочего тока J₁ в первичной цепи, причем J₁> >J_{хол.хода}. Согласно выражению

(см. ранее) увеличение J₁ приведет к падению напряжения на дополнительной обмотке, так как она намотана поперек виткам первичной и вторичной обмоток, то ее магнитный поток не оказывает влияния на основной магнитный поток и, следовательно, не меняет параметров трансформатора сварочного аппарата. Напряжение U₁ в первичной обмотке снижается и, следовательно, снижается напряжение в сварочной цепи до рабочего, оптимального значения.The additional winding is a “buffer” one: when a short circuit occurs at the beginning of welding and if the arc gap is accidentally reduced during welding, the welding current J ₂ increases, which, in turn, causes the operating current J ₁ to occur in the primary circuit, and J ₁ >> J _{cold walk} . According to the expression

(see earlier) an increase in J ₁ will lead to a voltage drop on the additional winding, since it is wound across the turns of the primary and secondary windings, its magnetic flux does not affect the main magnetic flux and, therefore, does not change the parameters of the welding machine transformer. The voltage U ₁ in the primary winding is reduced and, therefore, the voltage in the welding circuit is reduced to a working, optimal value.

Величины минимального тока J₁ и ток дуги определяются индуктивным сопротивлением первичной цепи в целом и дополнительной обмотки как ее составной части.The values of the minimum current J ₁ and the arc current are determined by the inductive resistance of the primary circuit as a whole and the additional winding as its component.

Изменяя в необходимых пределах одну из составляющих индуктивного сопротивления (X_д.o= L_д.o•ω) индуктивность

, добиваются как минимум сохранения, а в основном повышения качества сварки: стабильности дуги и прочного сварного шва за счет применения определенной марки электротехнической стали магнитопровода (простая конструкция навивка из анизотропной холоднокатанной ленты и минимум обработки позволяют применить сталь с повышенным до 3,9 4,8% содержанием кремния и, следовательно, минимальными потерями на перемагничивание и вихревые токи), при этом магнитная проницаемость μ_попер. в поперечном направлении существенно меньше μ_продол
Подбирая диаметр D, высоту 1 намотки, количество витков ω дополнительной обмотки, определяют необходимую для качественной сварки индуктивность L_д.о. и дополнительное сопротивление X_д.о..Changing within the necessary limits one of the components of the inductive resistance (X _d.o = L _d.o • ω) inductance

, they achieve at least preservation, but mainly improve the quality of welding: stability of the arc and a durable weld due to the use of a certain grade of electrical steel of the magnetic circuit (a simple design of winding from anisotropic cold-rolled tape and a minimum of processing allow the use of steel with an increase to 3.9 4.8 % silicon content and, therefore, minimal losses due to magnetization reversal and eddy currents), while the magnetic permeability μ _across. in the transverse direction is significantly less than μ _longitudinal
Selecting the diameter D, the height 1 of the winding, the number of turns ω of the additional winding, determine the inductance L _doo necessary for high-quality welding _. and additional resistance X _DO .

Таким образом предложенное техническое решение позволяет уменьшить габариты и вес сварочного аппарата при сохранении качества сварки. Thus, the proposed technical solution allows to reduce the dimensions and weight of the welding machine while maintaining the quality of welding.

Источники информации:
1. Геворкян В.Г. Основы сварочного дела. М. Высшая школа, 1971, с.35,36, рис.27 (аналог), с.40,41 (прототип).Information sources:
1. Gevorgyan V.G. Fundamentals of welding. M. Higher School, 1971, p. 35.36, fig. 27 (analogue), p.40.41 (prototype).

2. Жеребцов И.Л. Электротехника для радистов. М. ДОСААФ, 1964, с.116. 2. Stallions I.L. Electrical engineering for radio operators. M. DOSAAF, 1964, p.116.

3. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины и микромашины. М. Высшая школа, 1981, изд. 2-е, с.21. 3. Bruskin D.E. and others. Electric machines and micromachines. M. Higher School, 1981, ed. 2nd, p.21.

Claims

A welding machine comprising a magnetic circuit with primary, secondary and additional windings, the additional winding being installed on the outer side surface of the magnetic circuit, characterized in that the primary and additional windings are connected in series.