RU2191666C2

RU2191666C2 - Welder

Info

Publication number: RU2191666C2
Application number: RU2000127057A
Authority: RU
Inventors: В.Т. Барабаш; В.В. Сазонов; Д.В. Барабаш; М.В. Половинкин
Original assignee: Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; different branches of industry. SUBSTANCE: invention relates to electric welding facilities. Internal combustion engine 2 is mechanically coupled with three-phase ac generator 1 furnished with three-phase ac rectifier. One lead of three-phase rectifier is connected to electrode holder, and other lead, to welding table. Converter 9 contains isolation transformer 11. Magneto 3 has output to which engine shutdown switch 7 is connected and diodes switch 8 connected to converter 9 which is connected to field winding of three-phase generator 1 to which voltage or current regulator 10 is connected. Converter 9 has one output through which it is connected to voltage or current regulator 10. Moreover, converter 9 has outputs one of which is connected to field winding and others, to voltage or current regulator 10. EFFECT: simplified design, possibility for use in the field with provision of high quality of welding. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электросварочному оборудованию к может быть использовано во многих областях народного хозяйства в полевых условиях. The invention relates to electric welding equipment to can be used in many fields of the national economy in the field.

Известны сварочные агрегаты, содержащие двигательно-генераторную установку с трехфазным выпрямителем, который одним выводом подсоединен к держателю электродов, а другим - к сварочному столу, при этом одна из выходных обмоток генератора через регулятор тока подсоединена к его обмотке возбуждения; этот регулятор тока содержит трансформаторы напряжения и трансформатор тока с выпрямителями и резисторами. У указанного генератора возбуждение осуществляется за счет остаточной энергии, накопленной в магнитном поле ротора [1]. Welding assemblies are known that contain a motor-generator set with a three-phase rectifier, which is connected to the electrode holder with one output and to the welding table with the other, and one of the output windings of the generator through the current regulator is connected to its excitation winding; This current regulator contains voltage transformers and a current transformer with rectifiers and resistors. The specified generator, the excitation is due to the residual energy accumulated in the magnetic field of the rotor [1].

Такие агрегаты просты, надежны, однако высокое качество сварочного шва при работе с ними получить затруднительно. Это объясняется тем, что для получения, например, жесткой внешней характеристики генератора, питающего дугу, или необходимого наклона этой характеристики регулятор должен содержать блоки обратной связи. В упомянутых сварочных агрегатах такие блоки отсутствуют. Such units are simple, reliable, but it is difficult to obtain a high quality weld when working with them. This is because in order to obtain, for example, a rigid external characteristic of the generator feeding the arc, or the necessary slope of this characteristic, the controller must contain feedback blocks. In said welding units, such blocks are absent.

Кроме того, для обеспечения высокого качества сварки сварочный агрегат должен иметь высокое быстродействие при переходе к режиму сварки как от режима холостого хода, так и от режима короткого замыкания (на выходе генераторной установки). Совместить по быстродействию эти характеристики затруднительно, поскольку в режиме короткого замыкания при идеальных диодах трехфазного выпрямителя напряжение на обмотках генератора близко к нулю, а следовательно, отсутствует ток возбуждения. Скорость возвращения из этого режима в рабочий режим сварки определяется как быстродействием системы управления, так и динамическими характеристиками системы "двигатель-генератор". In addition, to ensure high quality welding, the welding unit must have high speed when switching to the welding mode both from idle mode and from short circuit mode (at the output of the generator set). It is difficult to combine these characteristics in speed, since in the short-circuit mode with ideal diodes of a three-phase rectifier, the voltage across the generator windings is close to zero, and therefore, there is no excitation current. The speed of return from this mode to the welding operating mode is determined by both the speed of the control system and the dynamic characteristics of the engine-generator system.

Последнего недостатка лишены сварочные агрегаты, содержащие двигатель внутреннего сгорания (ДВС), механически связанный с трехфазным генератором переменного тока с выпрямителем, аккумуляторную батарею и регулятор тока (напряжения) [2, 3, 4]. Выходы выпрямителя подключены к держателю электродов и сварочному столу. В таких агрегатах напряжение возбуждения не пропадает в режиме короткого замыкания, что обеспечивает максимальное быстродействие при возвращении системы в рабочий режим. The last drawback is deprived of welding units containing an internal combustion engine (ICE) mechanically connected to a three-phase alternating current generator with a rectifier, a battery and a current (voltage) regulator [2, 3, 4]. The rectifier outputs are connected to the electrode holder and the welding table. In such units, the excitation voltage does not disappear in the short circuit mode, which ensures maximum performance when the system returns to operating mode.

Недостатком таких сварочных агрегатов является то, что они громоздки и сложны в эксплуатации, так как в них применяются аккумуляторные батареи, у которых возникает множество неисправностей: окисление выводов, трещины в мастике и крышках аккумуляторов, ускоренный саморазряд, сульфатация пластин, короткое замыкание пластин и др. The disadvantage of such welding units is that they are bulky and difficult to operate, since they use rechargeable batteries, which have many malfunctions: oxidation of the leads, cracks in the mastic and battery covers, accelerated self-discharge, plate sulphation, plate short circuit, etc. .

В качестве прототипа использован сварочный агрегат по патенту 1814600 SU [4]. Этот агрегат построен на базе двигателя внутреннего сгорания и содержит трехфазный генератор переменного тока с внешним возбуждением и диодным выпрямителем, который подключен через контакты коммутатора к регулятору напряжения заряда аккумулятора, клеммам электродержателя, при этом выпрямитель трехфазного генератора подключен к буферному конденсатору и ограничителю напряжения, состоящему из газоразрядного индикатора, который через конденсатор, шунтированный ползунком заземленного потенциометра, соединен с управляющим электродом полупроводникового ключа, включенного между выпрямителем генератора и аккумулятором, который через переменный резистор подключен к регулятору напряжения заряда и к обмотке возбуждения генератора, а через контакты коммутатора аккумулятор соединен с анодом диода; подключенного катодом к выпрямителю генератора, клемме злектрододержателя и другому контакту коммутатора. As a prototype, a welding unit according to patent 1814600 SU [4] was used. This unit is built on the basis of an internal combustion engine and contains a three-phase alternating current generator with external excitation and a diode rectifier, which is connected through the contacts of the switch to the battery voltage regulator, the terminals of the electric holder, while the rectifier of the three-phase generator is connected to a buffer capacitor and a voltage limiter, consisting of gas discharge indicator, which is connected to the control electrode through a capacitor shunted by the slider of the grounded potentiometer a semiconductor switch connected between the rectifier of the generator and the battery, which is connected through a variable resistor to the charge voltage regulator and to the excitation winding of the generator, and through the contacts of the switch the battery is connected to the anode of the diode; connected by the cathode to the generator rectifier, the electrode holder terminal and another switch contact.

Данное техническое решение имеет ряд существенных недостатков - это сложность системы и невозможность использования в автономном режиме (без системы электроснабжения автомобиля, включающей в себя аккумулятор). This technical solution has a number of significant drawbacks - this is the complexity of the system and the inability to use it offline (without the car’s power supply system, which includes a battery).

Целью предлагаемого изобретения является упрощение и расширение функциональных возможностей сварочного агрегата. The aim of the invention is to simplify and expand the functionality of the welding unit.

Поставленная цель достигается тем, что сварочный агрегат имеет ключ для остановки двигателя, преобразователь электрической энергии, содержащий разделительный трансформатор, и магнето с выходом, к которому подключен ключ для установки двигателя и диодный ключ, подсоединенный к преобразователю электрической энергии, подключенному к обмотке возбуждения трехфазного генератора, к которой подключен регулятор напряжения или тока. Исключение из сварочного агрегата аккумулятора и коммутатора, включенного в силовую цепь, позволяет упростить сварочный агрегат и делает возможным его использование в автономном режиме, что является новизной и изобретательским уровнем. This goal is achieved in that the welding unit has a key for stopping the engine, an electric energy converter containing an isolation transformer, and a magneto with an output connected to a key for installing the engine and a diode key connected to an electric energy converter connected to the excitation winding of a three-phase generator to which the voltage or current regulator is connected. The exclusion from the welding unit of the battery and the switch included in the power circuit allows us to simplify the welding unit and makes it possible to use it in stand-alone mode, which is a novelty and inventive step.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема сварочного агрегата, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. In FIG. 1 is a schematic diagram of a welding unit, and FIG. 2 is a timing diagram explaining its operation.

Сварочный агрегат состоит из генератора переменного тока 1 с трехфазным выпрямителем, двигателя внутреннего сгорания 2 с магнето 3, включающим в себя индуктивный накопитель 4 с прерывателем 5 и конденсатором 6, ключа 7, диодного ключа 8, преобразователя электрической энергии 9, регулятора тока или напряжения 10. The welding unit consists of an alternator 1 with a three-phase rectifier, an internal combustion engine 2 with magneto 3, which includes an inductive storage 4 with a chopper 5 and a capacitor 6, a key 7, a diode key 8, an electric energy converter 9, a current or voltage regulator 10 .

Двигатель 2 кинематически связан с генератором 1 и магнето 3. Один вывод высоковольтной (вторичной) обмотки индуктивного накопителя 4 через распределитель подсоединен к свечам зажигания двигателя 2, а другой его вывод через первичную обмотку накопителя подключен к корпусу магнето 3. К точке соединения первичной и вторичной обмоток подключены одни выводы прерывателя 5 и конденсатора 6; другие их выводы подсоединены к корпусу магнето 3. К этой же точке или части высоковольтной обмотки (в зависимости от марки магнето) подключен один вывод ключа 7, предназначенного для остановки двигателя, и один вывод диодного ключа 8. Другой вывод ключа 7 подсоединен к корпусу магнето, а другой вывод диодного ключа 8 - к входу преобразователя электрической энергии 9. Преобразователь электрической энергии 9 может иметь один или несколько выходов. При наличии только одного выхода он может быть подключен к обмотке возбуждения основного генератора 1 непосредственно или через регулятор тока или напряжения 10. Если блок регулирования тока или напряжения 10 содержит блоки обратной связи, не имеющие между собой гальванической связи, то питание этих блоков электроэнергией осуществляется от дополнительных выходов преобразователя электрической энергии 9. Выходные обмотки генератора 1 через трехфазный выпрямитель подключены к держателю электродов и сварочному столу. Engine 2 is kinematically connected with the generator 1 and magneto 3. One terminal of the high-voltage (secondary) winding of the inductive storage 4 through the distributor is connected to the spark plugs of the engine 2, and its other output is connected through the primary winding of the storage to the magneto housing 3. To the connection point of the primary and secondary windings connected one terminal of the chopper 5 and the capacitor 6; their other terminals are connected to the magneto housing 3. One point of the key 7, designed to stop the engine, and one terminal of the diode key 8, and one terminal of the diode key 8, is connected to the same point or part of the high-voltage winding (depending on the magneto brand). Another terminal of the key 7 is connected to the magneto body and the other output of the diode key 8 to the input of the electric energy converter 9. The electric energy converter 9 may have one or more outputs. If there is only one output, it can be connected to the excitation winding of the main generator 1 directly or through a current or voltage regulator 10. If the current or voltage control unit 10 contains feedback blocks that do not have galvanic coupling, then these blocks are powered by electric power additional outputs of the electric energy converter 9. The output windings of the generator 1 through a three-phase rectifier are connected to the electrode holder and the welding table.

В качестве преобразователя электрической энергии могут быть использованы как однотактные, так и двухтактные преобразователи, содержащие разделительный трансформатор, например, магнитно-транзисторный мультивибратор, содержащий трансформатор 11. На трансформаторе расположены коллекторные обмотки, выходные обмотки и обмотки положительной обратной связи. Управляющие входы транзисторов подсоединены к обмоткам положительной обратной связи, а их коллекторы - к крайним выводам коллекторных обмоток. Средний вывод этих обмоток подключен к выводу ключа 8 и к накопительному конденсатору фильтра. Both single-ended and push-pull converters containing an isolation transformer, for example, a magnetic transistor multivibrator containing transformer 11, can be used as an electric energy converter. Collector windings, output windings and positive feedback windings are located on the transformer. The control inputs of the transistors are connected to the positive feedback windings, and their collectors to the extreme terminals of the collector windings. The average output of these windings is connected to the output of the key 8 and to the storage capacitor of the filter.

Агрегат работает следующим образом. При вращении вала двигателя внутреннего сгорания происходит замыкание и размыкание прерывателя 5. В течение интервала t₁, соответствующего замкнутому состоянию прерывателя 5, в индуктивном накопителе 4 магнето 3 накапливается электромагнитная энергия. С момента размыкания прерывателя 5, в течение интервала времени t₂, соответствующего его разомкнутому состоянию, индуктивность накопителя 4 совместно с конденсатором 6 образует LC-контур, в котором в момент размыкания прерывателя 5 возникают электромагнитные колебания. Первый с момента размыкания прерывателя 5 положительный выброс напряжения используется в двигателе для получения в его свечах искры, которая горит в течение времени t₁ (фиг. 2). Отрицательные выбросы напряжения выпрямляются диодным ключом 8 и поступают в накопительный конденсатор фильтра. На этом конденсаторе образуется практически постоянное напряжение. На выходных обмотках магнитно-транзисторного мультивибратора формируются прямоугольные импульсы напряжения, которые после выпрямления поступают на обмотку возбуждения генератора 1, обеспечивая его возбуждение.The unit operates as follows. When the shaft of the internal combustion engine rotates, the interrupter 5 closes and opens. During the interval t ₁ corresponding to the closed state of the interrupter 5, electromagnetic energy is accumulated in the inductive storage 4 of magneto 3. From the moment of opening of the interrupter 5, during the time interval t ₂ corresponding to its open state, the inductance of the drive 4 together with the capacitor 6 forms an LC circuit in which electromagnetic oscillations occur at the moment of opening of the interrupter 5. The first positive voltage surge since the interrupter 5 opens, is used in the engine to produce a spark in its spark plugs that burns for a time t ₁ (Fig. 2). Negative voltage surges are rectified by diode key 8 and enter the filter storage capacitor. An almost constant voltage is generated on this capacitor. At the output windings of the magnetic transistor multivibrator, rectangular voltage pulses are formed, which, after rectification, enter the excitation winding of the generator 1, providing its excitation.

Выбор режима работы сварочного агрегата осуществляется регулятором тока или напряжения 10. The choice of the operating mode of the welding unit is carried out by the current or voltage regulator 10.

Таким образом, для возбуждения генератора используется не энергия аккумулятора, а электромагнитная энергия магнето, обычно бесполезно расходуемая на активных элементах LC-контура. Thus, it is not the battery energy that is used to excite the generator, but the electromagnetic energy of the magneto, which is usually uselessly spent on the active elements of the LC circuit.

Для получения качественного сварного шва сварочные агрегаты содержат в своей структуре блоки обратной связи по току дуги или напряжению на ней. Для обеспечения их работоспособности (например, в режиме короткого замыкания) эти блоки целесообразно питать от дополнительных выходов преобразователя электрической энергии 9, что позволяет получить максимальное быстродействие при переходе от режима короткого замыкания к режиму сварки. To obtain a high-quality weld, welding units contain feedback blocks for the arc current or voltage on it in their structure. To ensure their performance (for example, in the short circuit mode), it is advisable to power these units from the additional outputs of the electric energy converter 9, which makes it possible to obtain maximum speed when switching from the short circuit mode to the welding mode.

Остановка двигателя производится замыканием ключа 7. При этом электромагнитные колебания, обеспечивающие получение искры в свечах, не возникают. The engine is stopped by closing the key 7. At the same time, electromagnetic waves that provide sparks in the candles do not occur.

Данный сварочный агрегат с упрощенной конструкцией позволяет использовать его в полевых условиях и повысить эксплуатационные характеристики. This welding unit with a simplified design allows you to use it in the field and improve performance.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1 Сварка в машиностроении/ Ю.Н. Зорин. Справочник. Т. 4. - М.: Машиностроение, 1979.SOURCES OF INFORMATION
1 Welding in mechanical engineering / Yu.N. Zorin. Directory. T. 4. - M .: Engineering, 1979.

2 US, Патент 4808842, кл. Н 02 Р 9/30 "Сварочный агрегат", 1989. 2 US Patent 4808842, cl. H 02 P 9/30 "Welding unit", 1989.

3 US, Патент 4853557, кл. Н 02 Р 7/16 "Сварочный агрегат", 1989. 3 US Patent 4853557, CL H 02 P 7/16 "Welding unit", 1989.

4 Патент 1814600, SU, кл. В 23 К 9/00, 9/10 "Автомобильный сварочный агрегат" авторов: А.Л. Шпади и С.Л. Шпади, БИ 17 за 1993 (прототип). 4 Patent 1814600, SU, cl. In 23 K 9/00, 9/10 "Automotive welding machine" authors: A.L. Spadi and S.L. Spadi, BI 17 1993 (prototype).

Claims

1. A welding unit consisting of an internal combustion engine kinematically connected to a three-phase alternating current generator containing a three-phase rectifier, one output of which is connected to the electrode holder, the second to the welding table, voltage or current regulator and a diode key, characterized in that it has a key for stopping the engine, an electric energy converter containing an isolation transformer, and a magneto with an output to which a key for stopping the engine and a diode key connected to an electric energy converter connected to an excitation winding of a three-phase generator, to which a voltage or current regulator is connected.

2. The unit according to claim 1, characterized in that the electric energy converter has one output through which it is connected to a voltage and current regulator.

3. The unit according to claim 1, characterized in that the electric energy converter is equipped with outputs, one of which is connected to the field winding, and the other to the voltage or current regulator.