RU2211519C2

RU2211519C2 - Welding induction generator

Info

Publication number: RU2211519C2
Application number: RU2001124752A
Authority: RU
Inventors: А.-З.Р. Джендубаев
Original assignee: Джендубаев Абрек-Заур Рауфович
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; electric welding. SUBSTANCE: stator slots of welding generator accommodate field winding and running winding. Induction generator has squirrel-cage rotor of standard design. Connected to field winding terminals are field capacitors. Delta-connected compounding capacitors are connected to running-winding terminals. Shorting capacitors and rectifier are connected to running winding terminals; welding electrode is connected to rectifier. EFFECT: improved dynamic characteristics of generator ensured by shorting capacitors. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным электрическим машинам с конденсаторным самовозбуждением, и может быть использовано в устройствах ручной дуговой электросварки. The invention relates to electrical engineering, in particular to asynchronous electric machines with capacitor self-excitation, and can be used in devices for manual arc electric welding.

Известна конструкция трехфазного асинхронного электросварочного генератора, которая имеет три трехфазные обмотки [1]. Катушки этих обмоток охватывают пакеты зубцов статора, которые расположены аксиально. По торцам зубцов закреплены два кольцевых ярма. Катушки первой и второй обмоток статора расположены с разных торцевых сторон короткозамкнутого ротора. Одна батарея конденсаторов подключена к первой обмотке, вторая батарея подключена ко второй, а третья батарея конденсаторов включена последовательно в цепь одноименных фаз первой и второй обмоток. Сварочная цепь постоянного тока получает питание от выпрямителя, который подключен к третьей статорной обмотке, расположенной рядом со второй статорной обмоткой. A known design of a three-phase asynchronous electric welding generator, which has three three-phase windings [1]. The coils of these windings cover the stator tooth packets, which are located axially. At the ends of the teeth two ring yokes are fixed. The coils of the first and second stator windings are located on different end faces of the squirrel-cage rotor. One capacitor bank is connected to the first winding, the second battery is connected to the second, and the third capacitor bank is connected in series to the same-phase phases of the first and second windings. The DC welding circuit is powered by a rectifier that is connected to a third stator winding located next to the second stator winding.

Существенным недостатком этого генератора являются разветвленная магнитная система, достаточно сложная конструкция и, как следствие, плохие массогабаритные и энергетические показатели. A significant drawback of this generator is a branched magnetic system, a rather complex design and, as a result, poor overall dimensions and energy performance.

Известна конструкция асинхронного сварочного генератора с двумя многофазными обмотками на статоре, одна из которых - обмотка возбуждения имеет клеммы для подключения конденсаторной батареи, другая является рабочей и имеет клеммы для подключения к сварочному устройству [2]. Рабочая обмотка смещена на угол α эл. град. относительно обмотки возбуждения по направлению вращения ротора. К фазам обмотки возбуждения подключены первичные обмотки компаундирующего трансформатора, а к одноименным фазам рабочей обмотки - вторичные обмотки этого трансформатора. A known design of an asynchronous welding generator with two multiphase windings on a stator, one of which is an excitation winding has terminals for connecting a capacitor bank, the other is working and has terminals for connecting to a welding device [2]. The working winding is offset by an angle α el. hail. relative to the field winding in the direction of rotation of the rotor. The primary windings of the compounding transformer are connected to the phases of the field winding, and the secondary windings of this transformer are connected to the phases of the working winding of the same name.

Одним из недостатков данного генератора является наличие компаундирующего трансформатора, что приводит к увеличению массы всей сварочной установки и снижению суммарного кпд. Другим недостатком можно считать то, что сопротивление цепи обмотка возбуждения генератора - первичная обмотка компаундирующего трансформатора - батарея конденсаторов зависит от режима работы генератора. При отсутствии нагрузки (холостой ход) сопротивление первичной обмотки компаундирующего трансформатора очень большое, а в режиме короткого замыкания (КЗ) или номинальной нагрузки - очень маленькое. В силу этого становится проблематичным самовозбуждение, а также работа генератора в режиме малых нагрузок и холостого хода (XX). При ручной дуговой сварке генератор вначале работает в режиме XX, затем, после соприкосновения электрода со свариваемой деталью, переходит в режим КЗ, а после зажигания дуги начинает работать в номинальном режиме. Таким образом, трудности, возникающие в режиме XX, делают этот генератор мало пригодным для ручной дуговой сварки. Наличие выключателей, которые в режиме XX шунтируют первичную обмотку компаундирующего трансформатора, не улучшает ситуацию, т.к. они не только усложняют конструкцию генератора, но и должны при каждом цикле сварки замыкать и размыкать свои контакты. Следует отметить, что внешние характеристики генератора не пересекают ось напряжения [2]. Это является косвенным подтверждением сказанного выше. One of the disadvantages of this generator is the presence of a compounding transformer, which leads to an increase in the mass of the entire welding installation and a decrease in the total efficiency. Another disadvantage is that the resistance of the excitation circuit of the generator - the primary winding of the compounding transformer - the capacitor bank depends on the mode of operation of the generator. In the absence of load (idle), the resistance of the primary winding of the compound transformer is very large, and in the short circuit mode (short circuit) or rated load it is very small. Owing to this, self-excitation, as well as the operation of the generator in the mode of low loads and idling (XX), becomes problematic. In manual arc welding, the generator first operates in the XX mode, then, after the electrode contacts the welded part, it switches to short-circuit mode, and after the arc ignition starts to work in the nominal mode. Thus, the difficulties arising in mode XX make this generator unsuitable for manual arc welding. The presence of switches that in XX mode bypass the primary winding of the compounding transformer does not improve the situation, because they not only complicate the design of the generator, but must also close and open their contacts with each welding cycle. It should be noted that the external characteristics of the generator do not cross the voltage axis [2]. This is an indirect confirmation of the above.

Прототипом предлагаемого изобретения является бесконтактный сварочный генератор [3]. Этот генератор имеет короткозамкнутый ротор и две трехфазные обмотки на статоре. К первой обмотке через выпрямительное устройство и дроссель подключена нагрузка (дуга). Ко второй обмотке подключены конденсаторы возбуждения, причем выводы этой обмотки могут использоваться для питания потребителей переменного трехфазного напряжения. The prototype of the invention is a non-contact welding generator [3]. This generator has a squirrel-cage rotor and two three-phase windings on the stator. A load (arc) is connected to the first winding through a rectifier device and a choke. Excitation capacitors are connected to the second winding, and the terminals of this winding can be used to power consumers of an alternating three-phase voltage.

Недостатком этого генератора является то, что в режиме холостого хода намагничивающий ток превышает номинальный в несколько раз. The disadvantage of this generator is that in idle mode the magnetizing current exceeds the nominal current several times.

Это связано с тем, что для обеспечения номинальной индукции в зазоре генератора в режиме XX требуется одно значение емкости конденсаторов, а в режиме КЗ или нагрузки - другое, причем большее. Поэтому при фиксированной емкости конденсаторов, которая выбрана для работы с номинальной нагрузкой, переход в режим XX сопровождается увеличением намагничивающего тока и значительным насыщением магнитной системы генератора. This is due to the fact that to ensure nominal induction in the gap of the generator in mode XX, one value of the capacitance of the capacitors is required, and in short-circuit or load mode, another, and more. Therefore, with a fixed capacitance of the capacitors, which is selected to work with the rated load, the transition to mode XX is accompanied by an increase in the magnetizing current and a significant saturation of the generator magnetic system.

Следует отметить, что этот недостаток присущ и асинхронному генератору обычной конструкции. Применение быстродействующего регулятора реактивной мощности, способного решить эту задачу, приведет к значительному усложнению генераторной установки, уменьшит ее надежность и увеличит массу. It should be noted that this disadvantage is inherent in the asynchronous generator of conventional design. The use of a high-speed reactive power regulator that can solve this problem will lead to a significant complication of the generator set, reduce its reliability and increase mass.

Технические результаты, которые обеспечивает заявленное изобретение, заключаются в уменьшении электрических потерь и в повышении кпд за счет уменьшения размагничивающего действия сварочного тока рабочей обмотки. The technical results that the claimed invention provides are to reduce electrical losses and increase efficiency by reducing the demagnetizing effect of the welding current of the working winding.

Указанные технические результаты достигаются тем, что асинхронный сварочный генератор с двумя трехфазными обмотками на статоре, одна из которых - обмотка возбуждения имеет клеммы для подключения конденсаторов возбуждения, другая является рабочей обмоткой, причем начала фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения шунтирующих конденсаторов и выпрямителя, к выходу которого подключен сварочный электрод, а концы фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник. These technical results are achieved by the fact that an asynchronous welding generator with two three-phase windings on the stator, one of which is an excitation winding has terminals for connecting field capacitors, the other is a working winding, and the phases of the working winding have terminals for connecting shunt capacitors and a rectifier to the output of which is connected to a welding electrode, and the ends of the phases of the working winding have terminals for connecting compounding capacitors connected in a triangle.

Электрическая схема асинхронного сварочного генератора представлена на фиг. 1. Кривые реактивной мощности, электрических потерь в обмотках и напряжения в функции тока нагрузки для простого генератора, прототипа и заявленного генератора представлены на фиг.2. На фиг.3 приведены внешние характеристики генератора при различных значениях емкости компаундирующих конденсаторов. The electrical circuit of the asynchronous welding generator is shown in FIG. 1. The curves of reactive power, electrical losses in the windings and voltage as a function of the load current for a simple generator, prototype and the claimed generator are presented in figure 2. Figure 3 shows the external characteristics of the generator at various values of the capacitance of the compounding capacitors.

В пазы статора асинхронного сварочного генератора уложены обмотка возбуждения 1 и рабочая обмотка 2 (фиг.1). Генератор имеет короткозамкнутый ротор 3 обычной конструкции. Число витков обмотки возбуждения 1 выбирается таким образом, чтобы обеспечить оптимальное использование конденсаторов возбуждения 4, которые подключены к клеммам 1U1, 1V1, 1W1. Число витков рабочей обмотки 2 зависит от схемы выпрямления и требуемого напряжения холостого хода на сварочном электроде (<100 В). К концу фаз рабочей обмотки 2, т.е. к клеммам 2U2, 2V2, 2W2, подключены компаундирующие конденсаторы 5, которые соединены в треугольник. Такое подключение компаундирующих конденсаторов 5 позволило уменьшить емкость компаундирующих конденсаторов в три раза по сравнению с классической схемой включения, когда компаундирующие конденсаторы включаются последовательно в цепь между началом обмотки (2U1, 2V1, 2W1) и нагрузкой. К началу фаз рабочей обмотки, т.е. к клеммам 2U1, 2V1, 2W1, подключены шунтирующие конденсаторы 6 и выпрямитель 7, к которому подключен сварочный электрод 8. Шунтирующие конденсаторы 6 предназначены для улучшения динамических характеристик генератора. In the grooves of the stator of the asynchronous welding generator, the excitation winding 1 and the working winding 2 are laid (Fig. 1). The generator has a squirrel-cage rotor 3 of a conventional design. The number of turns of the field winding 1 is selected so as to ensure optimal use of the field capacitors 4, which are connected to the terminals 1U1, 1V1, 1W1. The number of turns of the working winding 2 depends on the rectification scheme and the required open circuit voltage at the welding electrode (<100 V). By the end of the phases of the working winding 2, i.e. to the terminals 2U2, 2V2, 2W2, compounding capacitors 5 are connected, which are connected in a triangle. Such a connection of compounding capacitors 5 made it possible to reduce the capacitance of compounding capacitors by a factor of three compared to the classical switching circuit, when compounding capacitors are connected in series in the circuit between the beginning of the winding (2U1, 2V1, 2W1) and the load. To the beginning of the phases of the working winding, i.e. shunt capacitors 6 and a rectifier 7 are connected to the terminals 2U1, 2V1, 2W1, to which the welding electrode 8 is connected. Shunt capacitors 6 are designed to improve the dynamic characteristics of the generator.

Генератор работает следующим образом. При вращении ротора 3 приводным двигателем (двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель) остаточный поток наводит ЭДС в обмотках статора. Под действием этой ЭДС в конденсаторах 4 возникает емкостный ток, который, протекая по обмотке возбуждения 1, увеличивает поле в зазоре, что в свою очередь приводит к увеличению ЭДС и т.д. Лавинообразный процесс нарастания ЭДС (асинхронное самовозбуждение) завершается при насыщении генератора. В обмотках 1, 2 устанавливаются напряжения, которые пропорциональны числу витков соответствующих обмоток и величине емкости конденсаторов возбуждения 4. Ток XX, а следовательно, и электрические потери XX генератора зависят от емкости конденсаторов возбуждения 4. При уменьшении сопротивления нагрузки напряжение рабочей обмотки 2 уменьшается, ток возрастает вплоть до КЗ. При этом увеличение тока нагрузки сопровождается увеличением реактивной мощности компаундирующих конденсаторов 5, поэтому генератор не теряет возбуждения и устойчиво работает при КЗ. При сбросе нагрузки энергия компаундирующих конденсаторов 5 рассеивается по цепи, которую создают шунтирующие конденсаторы 6. The generator operates as follows. When the rotor 3 is rotated by a drive motor (internal combustion engine, electric motor), the residual flow induces an EMF in the stator windings. Under the influence of this EMF, a capacitive current arises in the capacitors 4, which, flowing along the excitation winding 1, increases the field in the gap, which in turn leads to an increase in the EMF, etc. The avalanche-like process of increasing EMF (asynchronous self-excitation) is completed when the generator is saturated. In windings 1, 2, voltages are established that are proportional to the number of turns of the corresponding windings and the capacitance of the field capacitors 4. Current XX, and therefore the electrical losses XX of the generator, depend on the capacity of the field capacitors 4. When the load resistance decreases, the voltage of the working winding 2 decreases, the current increases up to short circuit. In this case, an increase in the load current is accompanied by an increase in the reactive power of the compounding capacitors 5, therefore, the generator does not lose excitation and operates stably during short circuit. When the load is dropped, the energy of the compounding capacitors 5 is dissipated along the circuit that the shunting capacitors 6 create.

На фиг. 2 представлены результаты расчета генератора с двумя обмотками статора, прототипа и предлагаемого генератора. Расчеты осуществлены в относительных единицах при условии, что генераторы имеют одинаковые параметры, емкости конденсаторов и одинаковые магнитные потери. Обычный генератор с двумя обмотками статора при КЗ теряет возбуждение (-------). Прототип работает в режиме КЗ благодаря значительному индуктивному (или активному) сопротивлению в цепи рабочей обмотки, для этого в выпрямительную цепь введен сглаживающий дроссель. При расчете прототипа эта особенность учитывалась путем увеличения индуктивности в цепи рабочей обмотки (_______). Как видно из фиг.2, реактивная мощность (Q) обычного генератора и прототипа с ростом тока нагрузки уменьшается, а электрические потери в обмотках изменяются мало. Результаты расчета характеристик предлагаемого генератора

свидетельствуют о том, что он не теряет возбуждение при КЗ, реактивная мощность (суммарная) с ростом тока нагрузки увеличивается. Электрические потери в генераторе значительно меньше потерь в прототипе (ΔP), а следовательно, кпд выше, т.е. предлагаемый генератор позволяет получить заявленные технические результаты. Регулирование сварочного тока осуществляется путем изменения емкости компаундирующих конденсаторов.In FIG. 2 presents the results of the calculation of the generator with two stator windings, a prototype and the proposed generator. The calculations were carried out in relative units, provided that the generators have the same parameters, capacitors, and the same magnetic losses. A conventional generator with two stator windings during short circuit loses excitation (-------). The prototype works in the short circuit mode due to the significant inductive (or active) resistance in the circuit of the working winding, for this a smoothing inductor is introduced into the rectifier circuit. When calculating the prototype, this feature was taken into account by increasing the inductance in the circuit of the working winding (_______). As can be seen from figure 2, the reactive power (Q) of a conventional generator and prototype decreases with increasing load current, and the electrical losses in the windings change little. The results of the calculation of the characteristics of the proposed generator

indicate that it does not lose excitation during short circuit, reactive power (total) increases with increasing load current. The electric losses in the generator are much less than the losses in the prototype (ΔP), and therefore, the efficiency is higher, i.e. the proposed generator allows you to get the claimed technical results. Welding current is controlled by changing the capacitance of the compounding capacitors.

Соответствующие внешние характеристики асинхронного сварочного генератора при различных значениях емкости компаундирующих конденсаторов и одинаковых значениях емкости остальных конденсаторов представлены на фиг.3. The corresponding external characteristics of the asynchronous welding generator at different values of the capacitance of compounding capacitors and the same values of the capacitance of the remaining capacitors are presented in Fig.3.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент RU 2111599, H 02 K 17/00. Трехфазный асинхронный электросварочный генератор. /А-З. Р. Джендубаев. - 95121876/09; 26.12.95. Опубл. 20.05.98. Бюл. 14.SOURCES OF INFORMATION
1. Patent RU 2111599, H 02 K 17/00. Three-phase asynchronous electric welding generator. / A-Z. R. Dzhendubaev. - 95121876/09; 12/26/95. Publ. 05/20/98. Bull. 14.

2. А.с. СССР 1798863, Н 02 К 17/00. Асинхронный сварочный генератор./ П. И. Костраускас, В.-Ю.А. Жалис, А.К. Кулакаускас, Л.П. Лемежонене, С.Ю. Маразас, С. А. Диржас, А. И. Лаужадис, А.В. Паштукас. - 4845636/07. Заяв. 23.04.90. Опубл. 28.02.93. Бюл. 8. 2. A.S. USSR 1798863, H 02 K 17/00. Asynchronous welding generator. / P.I. Kostrauskas, V.-YU.A. Zhalis, A.K. Kulakauskas, L.P. Lemezhonene, S.Yu. Marazas, S. A. Dirzhas, A. I. Lauzhadis, A.V. Pashtukas. - 4845636/07. Application 04/23/90. Publ. 02/28/93. Bull. 8.

3. Патент ГДР 237406, H 02 K 47/10. Burstenljser schweib generator. /Julke Edmund, Dassel Jurgen; VEB Mansfeld - Kombinat Wilhelm Pick. ¹2763853. Заявл. 16.05.85, опубл. 09.07.86.3. Patent GDR 237406, H 02 K 47/10. Burstenljser schweib generator. / Julke Edmund, Dassel Jurgen; VEB Mansfeld - Kombinat Wilhelm Pick. ¹ 2763853. Decl. 05.16.85, publ. 07/09/86.

Claims

An asynchronous welding generator with two three-phase windings on the stator, one of which is the field winding has terminals for connecting the field capacitors, the other is a working winding, characterized in that the phases of the working winding have terminals for connecting shunt capacitors and a rectifier, to the output of which a welding electrode, and the ends of the phases of the working winding have terminals for connecting compounding capacitors connected in a triangle.