RU2130369C1

RU2130369C1 - Welding synchronous generator

Info

Publication number: RU2130369C1
Application number: RU98110590A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Ермаков; Б.И. Жидков; С.В. Левинзон; Ю.С. Огарь; И.М. Пиковский; А.В. Пронченко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Калужский завод транспортного машиностроения"
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1999-05-20

Abstract

FIELD: welding production, possibly welding parts in field conditions by piece electrodes. SUBSTANCE: apparatus having main and additional three-phase windings of stator shifted one relative to another by 90 electric degrees; main and additional windings for exciting rotor; three-phase bridge-type rectifier, single-phase feedback rectifier also includes choke and power rectifier. Main winding of stator is joined as "triangle", one output of main winding is connected in series with choke and power rectifier. Additional three-phase winding of stator is connected as "star". It is connected through bridge rectifier with main exciting winding of rotor (whose additional winding is connected with above mentioned main winding through single-phase feed back rectifier and choke) with positive outputs of power rectifier. EFFECT: simplification, enhanced reliability factor of welding generator. 1 dwg

Description

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для сварки изделий в полевых условиях штучными электродами. The invention relates to welding production and can be used for welding products in the field with piece electrodes.

Известен источник питания [1], содержащий статор с трехфазной обмоткой, ротор с основной и дополнительной обмотками возбуждения, трехфазный мостовой выпрямитель с устройством регулирования напряжения. Недостатком данного синхронного генератора является жесткая внешняя характеристика, затрудняющая производство сварочных работ. Недостатком этого устройства является сложность и, следовательно, малая надежность как при производстве, так и в эксплуатации. A known power source [1], containing a stator with a three-phase winding, a rotor with a primary and secondary excitation windings, a three-phase bridge rectifier with a voltage control device. The disadvantage of this synchronous generator is a rigid external characteristic, which complicates the production of welding. The disadvantage of this device is the complexity and, therefore, low reliability both in production and in operation.

Наиболее близким по техническому решению является сварочный синхронный генератор по патенту [2]. The closest in technical solution is a synchronous welding generator according to the patent [2].

Известный генератор, содержащий основную и дополнительную обмотки статора, смещенные относительно друг друга на 90 эл.град., основную и дополнительную обмотки возбуждения, два трехфазных мостовых выпрямителя с конденсатором фильтра на выходе, регулирующий элемент управления, выпрямитель обратной связи и делитель напряжения, дополнительно содержит согласующий трансформатор с трехфазной токовой обмоткой и трехфазной обмоткой напряжения, силовой выпрямитель и трансформатор тока. Основным недостатком этого сварочного генератора является большая металлоемкость, малая технологичность конструкции из-за наличия большого количества элементов, сборки и эксплуатации, т.е. в конечном итоге значительная сложность и низкая надежность. A well-known generator containing the main and additional stator windings offset from each other by 90 degrees, the main and additional field windings, two three-phase bridge rectifiers with an output filter capacitor, a control element, a feedback rectifier and a voltage divider, further comprises matching transformer with three-phase current winding and three-phase voltage winding, power rectifier and current transformer. The main disadvantage of this welding generator is the large metal consumption, low manufacturability of the structure due to the presence of a large number of elements, assembly and operation, i.e. ultimately significant complexity and low reliability.

Целью изобретения является упрощение конструкции, повышение показателей надежности, получение необходимой крутопадающей характеристики, пригодной для питания сварочной дуги, а также улучшение динамических свойств системы с нелинейной зависимостью сопротивления проводящих вентилей выпрямителей от тока. The aim of the invention is to simplify the design, increase reliability, obtain the necessary steep-drop characteristics suitable for powering the welding arc, and also improve the dynamic properties of the system with a non-linear dependence of the resistance of the rectifier conductive valves on the current.

Цель изобретения достигается тем, что в сварочный синхронный генератор, содержащий основную и дополнительную трехфазные обмотки статора, смещенные друг относительно друга на 90 эл.град., основную и дополнительные обмотки возбуждения, трехфазный мостовой выпрямитель, регулирующий элемент с дискретной схемой управления, однофазный выпрямитель обратной связи, дополнительно включен дроссель со сталью, силовой выпрямитель, основная трехфазная обмотка статора соединена в "треугольник", дополнительная трехфазная обмотка статора соединена в "звезду" и через трехфазный мостовой выпрямитель соединена с основной обмоткой возбуждения ротора, дополнительная обмотка возбуждения ротора соединена с основной обмоткой возбуждения и через регулирующий элемент с дискретной схемой управления соединена с отрицательными выводами выпрямителя обратной связи. Дроссель со сталью включен в разрыв одной из фаз силовой обмотки статора и силового выпрямителя. Вход однофазного выпрямителя обратной связи подключен параллельно обмотке дросселя со сталью, а положительный вывод подключен к положительному выводу трехфазного выпрямителя. The purpose of the invention is achieved by the fact that in a synchronous welding generator containing the main and additional three-phase stator windings offset from each other by 90 electric degrees, the main and additional field windings, a three-phase bridge rectifier, a control element with a discrete control circuit, a single-phase reverse rectifier connection, an additional choke with steel is included, a power rectifier, the main three-phase stator winding is connected in a "triangle", an additional three-phase stator winding is connected in a "star" and through a three-phase bridge rectifier connected to the main excitation winding of the rotor, the additional excitation winding of the rotor connected to the main excitation winding and through the control element with a discrete control circuit connected to the negative terminals of the feedback rectifier. A choke with steel is included in the gap of one of the phases of the power winding of the stator and the power rectifier. The input of the single-phase feedback rectifier is connected parallel to the winding of the inductor with steel, and the positive terminal is connected to the positive terminal of the three-phase rectifier.

Принципиальная схема сварочного синхронного генератора изображена на чертеже. Сварочный синхронный генератор (ССГ) содержит статор 1 с основной обмоткой 2, соединенной в "треугольник", выводы обмотки, один из которых соединен последовательно с дросселем со сталью 3, соединены с силовым выпрямителем 4, дополнительная обмотка 5 статора 1 соединена в "звезду", свободные выводы которой соединены с трехфазным мостовым выпрямителем 6, через трехфазный выпрямитель соединена с дополнительной обмоткой возбуждения 7 ротора 8. Основная обмотка возбуждения 9 одним выводом соединена с дополнительной обмоткой возбуждения 7 ротора 8, другим - с положительным выводом трехфазного мостового выпрямителя 6, через регулирующий элемент 10 (например, транзистор с дискретной схемой управления 11), отрицательными выводами выпрямителя обратной связи 12, и силового выпрямителя 4. Основная 2 и дополнительная 5 обмотки статора 1 смещены одна относительно другой на 90 эл. град. A schematic diagram of a welding synchronous generator is shown in the drawing. The synchronous welding generator (SSG) contains a stator 1 with a main winding 2 connected in a "triangle", winding leads, one of which is connected in series with a choke with steel 3, connected to a power rectifier 4, an additional winding 5 of the stator 1 is connected to a "star" , the free terminals of which are connected to a three-phase bridge rectifier 6, through a three-phase rectifier connected to an additional excitation winding 7 of the rotor 8. The main excitation winding 9 is connected with an additional excitation winding 7 of the rotor 8, d another - with a positive terminal of a three-phase bridge rectifier 6, through a regulating element 10 (for example, a transistor with a discrete control circuit 11), negative terminals of a feedback rectifier 12, and a power rectifier 4. The main 2 and additional 5 stator windings 1 are shifted one relative to the other by 90 email hail.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Начальное самовозбуждение ССГ получает за счет постоянных магнитов и за счет остаточной намагниченности ротора и статора, ЭДС наводится в трехфазных обмотках 2 и 5. ЭДС дополнительной трехфазной обмотки 5 выпрямляется трехфазным мостовым выпрямителем 6 и прикладывается к основной обмотке возбуждения 9. Происходит возбуждение генератора, и с выводов основной обмотки 2 статора переменное трехфазное напряжение поступает на силовой выпрямитель 4 сварочной цепи, где выпрямляется, достигая предельного значения. При этом дополнительная обмотка возбуждения 7 ротора 8 никакого влияния на параметры генератора не оказывает. При холостом ходе генератора сварочный ток (ток нагрузки) будет равен нулю. Это будет соответствовать моменту перед началом возбуждения дуги. Поскольку ток равен нулю, падение напряжения на дросселе со сталью 3 также будет равно нулю. В результате этого напряжение силового выпрямителя 4 будет полностью на дуге. The SSG receives initial self-excitation due to permanent magnets and due to the residual magnetization of the rotor and stator, the EMF is induced in the three-phase windings 2 and 5. The EMF of the additional three-phase winding 5 is rectified by a three-phase bridge rectifier 6 and applied to the main excitation winding 9. The generator is excited, and with the conclusions of the main stator winding 2, an alternating three-phase voltage is supplied to the power rectifier 4 of the welding circuit, where it is rectified, reaching the limit value. In this case, the additional excitation winding 7 of the rotor 8 has no effect on the parameters of the generator. When the generator is idling, the welding current (load current) will be zero. This will correspond to the moment before the start of arc excitation. Since the current is zero, the voltage drop across the choke with steel 3 will also be zero. As a result of this, the voltage of the power rectifier 4 will be completely on the arc.

При замыкании сварочных электродов 13 появляется ток в основной обмотке 2 статора, сварочной цепи, благодаря которому на дросселе со сталью 3 будет падение напряжения тем больше, чем больше будет величина сварочного тока. ЭДС катушки дросселя 13 выпрямляется выпрямителем обратной связи 12 и поступает на дополнительную обмотку возбуждения 7 ротора 8. Здесь реализуется обратная связь по току сварки. В момент размыкания сварочных электродов 13 возникает электрическая дуга, идет процесс сварки. За счет тока нагрузки и ЭДС катушки дросселя 3 в дополнительной обмотке возбуждения 7 ротора 8 постоянно присутствует ток возбуждения, пропорциональный току сварки. When the welding electrodes 13 are closed, a current appears in the main winding 2 of the stator, the welding circuit, due to which the voltage drop on the inductor with steel 3 is greater, the greater the magnitude of the welding current. The EMF of the inductor 13 is rectified by a feedback rectifier 12 and fed to the additional excitation winding 7 of the rotor 8. Here, the feedback on the welding current is realized. At the moment of opening of the welding electrodes 13 an electric arc occurs, the welding process is in progress. Due to the load current and EMF of the inductor coil 3, an additional excitation current proportional to the welding current is constantly present in the additional field winding 7 of the rotor 8.

Когда процесс сварки прекращается, устройство переходит в режим холостого хода, напряжение возрастает до величины, заданной параметрами схемы. When the welding process stops, the device goes into idle mode, the voltage rises to the value specified by the circuit parameters.

Наличие обратных связей по току сварки через дроссель со сталью повышает быстродействие генератора, что улучшает горение дуги, формирует необходимую внешнюю характеристику генератора. The presence of feedback on the welding current through the inductor with steel increases the speed of the generator, which improves the burning of the arc, forms the necessary external characteristic of the generator.

Если пренебречь влиянием вихревых токов и гистерезиса в сердечнике дросселя, то процессы, происходящие в цепи, математически можно описать следующим дифференциальным уравнением:

где U и f - действующие значения напряжения на входе цепи и его частота;
t - время;
i и R - мгновенное значение тока и активное сопротивление цепи;
ω и S - количество витков и поперечное сечение магнитопровода дросселя;
B - мгновенное значение индукции в сердечнике магнитопровода.If we neglect the influence of eddy currents and hysteresis in the core of the inductor, then the processes occurring in the circuit can be mathematically described by the following differential equation:

where U and f are the effective values of the voltage at the input of the circuit and its frequency;
t is the time;
i and R - instantaneous current value and active resistance of the circuit;
ω and S - the number of turns and the cross section of the magnetic circuit of the throttle;
B is the instantaneous value of induction in the core of the magnetic circuit.

Авторами испытан макет предложенного устройства в различных эксплуатационных режимах. При этом переменное трехфазное напряжение с выводов основной обмотки статора 2 составило 45-50 В, выпрямленное напряжение выпрямителя 4 достигало 75-90 В, а ток сварки 100-200 А. The authors tested the layout of the proposed device in various operating modes. In this case, the alternating three-phase voltage from the terminals of the main winding of the stator 2 was 45-50 V, the rectified voltage of the rectifier 4 reached 75-90 V, and the welding current was 100-200 A.

Таким образом, предложенное устройство практически осуществимо, обладает повышенным быстродействием за счет обратных связей по току сварки через дроссель со сталью, что улучшает качество горения дуги, является более простым по сравнению с прототипом, т.е. более надежным в условиях эксплуатации. Thus, the proposed device is practically feasible, has increased speed due to feedback on the welding current through the inductor with steel, which improves the quality of arc burning, is simpler than the prototype, i.e. more reliable in the field.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1358732 кл. B 23 K 9.00, 1987.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR N 1358732 class. B 23 K 9.00, 1987.

2. Патент РФ N 2049616 МКИ B 23 K 9/06, 1995. Бюл. N 34. 2. RF patent N 2049616 MKI B 23 K 9/06, 1995. Bull. N 34.

Claims

A synchronous welding generator containing the main and additional three-phase stator windings offset from each other by 90 degrees. , the main and additional rotor excitation windings, a three-phase bridge rectifier, a single-phase feedback rectifier, a power rectifier, the additional three-phase stator winding connected to the "star" and a three-phase bridge rectifier, and the additional rotor excitation winding connected to one of the rotor excitation terminals characterized in that it is equipped with a choke with steel, wherein the main stator winding is connected in a "triangle", one of the terminals of the main winding is connected to a power rectifier m through a choke with steel, and the other two directly, the outputs of the three-phase main rectifier are connected to the main excitation winding of the rotor, one of the diagonals of the bridge of a single-phase feedback rectifier is connected to the terminals of the inductor with steel, and the other diagonal to the conclusions of the additional rotor excitation winding.