RU2268810C1

RU2268810C1 - Welding current rectifier

Info

Publication number: RU2268810C1
Application number: RU2004118755/02A
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Мельников (RU); Михаил Александрович Мельников; Владимир Васильевич Коваленко (RU); Владимир Васильевич Коваленко
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2006-01-27

Abstract

FIELD: electrical engineering, namely transforming devices, possibly voltage sources in welding semiautomatic machines, power sources in different branches of national economy.

SUBSTANCE: welding rectifier provides lowered pulsation of rectified voltage and current, it includes two single-phase transformers with primary and secondary windings and four rectifiers. Primary windings of transformers are connected to linear voltages of three-phase circuit. Secondary winding of first transformer has two winding halves connected in series; connection point of windings is connected to one end of choke coil. Other end of choke coil is connected with outlet terminal. Leading end of one secondary winding half of first transformer is connected in series with leading and termination ends of one pair of secondary windings of second transformer. Other ends of each of four secondary windings of second transformer are separately connected with four cathodes of gate circuits whose anodes are connected to second outlet terminal.

EFFECT: enhanced operational reliability.

5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение, - электротехника, в частности преобразовательное устройство, и может быть использовано как источник напряжения в сварочных полуавтоматах и источниках питания для различных отраслей народного хозяйства.The technical field to which the invention relates is electrical engineering, in particular a converter device, and can be used as a voltage source in semi-automatic welding machines and power supplies for various sectors of the national economy.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Известны устройства, например, сварочный выпрямитель, содержащий трехстержневой трансформатор, на крайних стержнях которого расположены первичные обмотки, соединенные открытым треугольником, при этом вторичные обмотки на этих стержнях состоят каждая из двух полуобмоток с выведенной средней точкой и соединенных в один выходной зажим, начала и концы обмоток подключены к четырехфазной схеме выпрямления [Смирнов В.В. и др. Оборудование для дуговой сварки. - Л.: ЭАИ, 1986. - 650 с., стр.454].Known devices, for example, a welding rectifier containing a three-rod transformer, on the extreme rods of which there are primary windings connected by an open triangle, while the secondary windings on these rods consist of each of two half-windings with a derived midpoint and connected to one output terminal, beginning and ends windings are connected to a four-phase rectification circuit [Smirnov V.V. and other equipment for arc welding. - L .: EAI, 1986. - 650 p., P. 454].

К недостаткам этого устройства относится наличие трехстержневого трансформатора и большие пульсации выпрямленного напряжения, до 0,5 максимального значения, из-за сдвига фаз между двумя вторичными напряжениями на угол π/3.The disadvantages of this device include the presence of a three-rod transformer and large ripple of the rectified voltage, up to 0.5 maximum value, due to a phase shift between two secondary voltages by an angle π / 3.

Известен также однофазный сварочный выпрямитель, содержащий двухстержневой трансформатор. На одном стержне расположена первичная и две вторичные обмотки, на другом стержне - дополнительная вторичная обмотка. Вторичные обмотки соединены последовательно согласно и подключены к мостовому выпрямителю. Дополнительная обмотка подключена одним концом в точку соединения вторичных обмоток, а другим к дополнительному выпрямителю. Выпрямители подключены к нагрузке параллельно и управляются фазовым методом (см. А.с. СССР №1547987, кл. В 23 К 9/00).Also known is a single-phase welding rectifier containing a two-rod transformer. On one rod there is a primary and two secondary windings, on the other rod - an additional secondary winding. The secondary windings are connected in series according to and connected to a bridge rectifier. The additional winding is connected at one end to the connection point of the secondary windings, and the other to the additional rectifier. Rectifiers are connected to the load in parallel and are controlled by the phase method (see A.S. USSR No. 1547987, class. 23 K 9/00).

Недостатком устройства являются значительные пульсации выпрямленного напряжения и тока, для сглаживания которых требуется большая индуктивность дросселя.The disadvantage of this device is the significant ripple of the rectified voltage and current, for smoothing which requires a large inductance of the inductor.

Наиболее близким по технической сущности и принятый авторами за прототип является сварочный выпрямитель, содержащий два полупроводниковых вентиля и два трансформатора, первичные обмотки которых объединены, отличающийся тем, что он снабжен двумя полупроводниковыми неуправляемыми диодами, а полупроводниковые вентили выполнены в виде полупроводниковых неуправляемых диодов, при этом трансформаторы снабжены дроссельными обмотками, каждая из которых расположена на одном магнитопроводе с первичной и вторичной обмотками, причем вторичные и дроссельные обмотки выполнены с отводами, при этом первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно, а точка их соединения и свободные выводы соединены с выходными клеммами, каждый из выводов вторичных обмоток через диод соединен с первой выходной клеммой, а каждый из отводов вторичных обмоток через дроссельные обмотки соединен с второй выходной клеммой, причем дроссели выполнены на магнитопроводе с воздушным зазором (А.с. СССР №1833265, кл. В 23 К 9/00, 1993 г.).The closest in technical essence and accepted by the authors for the prototype is a welding rectifier containing two semiconductor valves and two transformers, the primary windings of which are combined, characterized in that it is equipped with two semiconductor uncontrolled diodes, and the semiconductor valves are made in the form of semiconductor uncontrolled diodes, while transformers are equipped with choke windings, each of which is located on the same magnetic circuit with the primary and secondary windings, and secondary and the choke windings are made with taps, while the primary windings of the transformers are connected in series, and their connection point and free pins are connected to the output terminals, each of the pins of the secondary windings is connected via a diode to the first output terminal, and each of the taps of the secondary windings is connected through the choke windings with a second output terminal, and the chokes are made on the magnetic circuit with an air gap (A.S. USSR No. 1833265, class B 23 K 9/00, 1993).

Недостатком устройства является значительные пульсации напряжения и тока, из-за сдвига по фазе выпрямленных напряжений на угол π/3, для сглаживания пульсаций требуются большие индуктивности двух дросселей. Сложная конструкция трансформатора.The disadvantage of this device is significant ripple voltage and current, due to the phase shift of the rectified voltage by an angle π / 3, to smooth the ripple requires large inductances of the two chokes. Sophisticated transformer design.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Технический результат сводится к уменьшению пульсации выпрямленного напряжения и тока, упрощению устройства с одновременным снижением материалоемкости и стоимости.The technical result is reduced by reducing the ripple of the rectified voltage and current, simplifying the device while reducing material consumption and cost.

Технический результат достигается тем, что в сварочном выпрямителе, содержащем два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками и четыре вентиля, причем первичные обмотки трансформаторов подключены к линейным напряжениям трехфазной сети, при этом вторичная обмотка первого трансформатора выполнена из двух полуобмоток, соединенных последовательно согласно, при этом точка соединения обмоток подключена к одному выводу дросселя, а второй вывод дросселя - к выходному зажиму, начало одной вторичной полуобмотки первого трансформатора соединено последовательно с началом и концом одной пары вторичных обмоток второго трансформатора, аналогично, конец второй полуобмотки первого трансформатора соединен последовательно с началом и концом второй пары вторичных обмоток второго трансформатора, другие начала и концы каждой из четырех вторичных обмоток второго трансформатора раздельно подключены к четырем катодам вентилей, а аноды вентилей объединены во второй выходной зажим.The technical result is achieved in that in a welding rectifier containing two single-phase transformers with primary and secondary windings and four valves, and the primary windings of the transformers are connected to the line voltages of the three-phase network, while the secondary winding of the first transformer is made of two half-windings connected in series according to the connection point of the windings is connected to one terminal of the inductor, and the second terminal of the inductor to the output terminal, the beginning of one secondary half-winding of the first the transformer is connected in series with the beginning and end of one pair of secondary windings of the second transformer, similarly, the end of the second half winding of the first transformer is connected in series with the beginning and end of the second pair of secondary windings of the second transformer, the other beginnings and ends of each of the four secondary windings of the second transformer are separately connected to the four cathodes valves, and valve anodes are combined into a second output terminal.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На фиг.1 дана принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя.Figure 1 is a circuit diagram of a welding rectifier.

На фиг.2 и фиг.4 даны векторные диаграммы вторичных напряжений трансформаторов.Figure 2 and figure 4 are vector diagrams of the secondary voltages of the transformers.

На фиг.3 и фиг.5 даны осциллограммы выходного напряжения выпрямителя.Figure 3 and figure 5 shows the waveform of the output voltage of the rectifier.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Сварочный выпрямитель содержит (фиг.1) два однофазных трансформатора 1 и 2, которые подключены первичными обмотками 3 к двум линейным напряжениям трехфазной питающей сети по схеме открытого треугольника, вторичная обмотка первого трансформатора выполнена из двух полуобмоток 4, 5, соединенных последовательно согласно, точка соединения их подключена к одному выводу дросселя 6, а второй вывод дросселя 6 - к выходному зажиму 7. Конец полуобмотки 4 подключен к началу обмотки 8 и концу обмотки 9, а начало полуобмотки 5 подключено к началу обмотки 10 и концу обмотки 11. Другие начала и концы вторичных обмоток 8, 9, 10, 11 раздельно подключены к четырем катодам вентилей 12, аноды вентилей объединены во второй выходной зажим 13.The welding rectifier contains (Fig. 1) two single-phase transformers 1 and 2, which are connected by primary windings 3 to two linear voltages of a three-phase supply network according to an open triangle circuit, the secondary winding of the first transformer is made of two half-windings 4, 5 connected in series according to the connection point they are connected to one terminal of inductor 6, and the second terminal of inductor 6 to output terminal 7. The end of half-winding 4 is connected to the beginning of winding 8 and the end of winding 9, and the beginning of half-winding 5 is connected to the beginning of winding 10 and to ntsu winding start and 11. Other ends of the secondary windings 8, 9, 10, 11 separately connected to the four valves 12 cathodes, anodes valves are combined in the second output terminal 13.

Устройство работает следующим образом: при подключении первичных обмоток 3 трансформаторов 1, 2 к трехфазной сети по схеме открытый треугольник, во вторичных полуобмотках 4, 5 трансформатора 1 наводятся напряжения U₄, U₅, точка соединения полуобмоток 4, 5 подключена к одному выводу дросселя 6, а второй вывод дросселя 6 - к выходному зажиму 7, на обмотках 8, 9, 10, 11 трансформатора 2 наводятся напряжения U₈, U₉, U₁₀, U₁₁ соответственно. Складываясь геометрически, фиг.2, образуют напряжения U_4-8, U_5-10, U_5-11, U_4-9, например, вектора напряжения U₄ и U₈ при сложении образуют вектор U_4-8, остальные вектора складываются аналогично. Фазовый сдвиг между векторами напряжения U_4-8 и U_5-10, U_5-10 и U_5-11, U_5-11 и U_4-9, U_4-9 и U_4-8 равен π/2. При таком угле пульсации выпрямленного напряжения минимальны, это повышает стабильность процесса сварки. Вторичные обмотки 8, 9, 10, 11 раздельно подключены к четырем катодам вентилей 12, аноды вентилей объединены во второй выходной зажим 13. С помощью вентилей 12 из этих напряжений формируется выходное напряжение U_вых, форма которого изображена на осциллограмме фиг.3. При этом пульсации выпрямленного напряжения минимальны, провалы напряжения достигают 0,293 от максимального значения.The device operates as follows: when connecting the primary windings of 3 transformers 1, 2 to a three-phase network according to the open triangle scheme, the voltage U ₄ , U ₅ are induced in the secondary half windings 4, 5 of transformer 1, the connection point of the half windings 4, 5 is connected to one terminal of the inductor 6 and the second output of the inductor 6 to the output terminal 7, on the windings 8, 9, 10, 11 of the transformer 2, the voltage U ₈ , U ₉ , U ₁₀ , U ₁₁ are induced. Folding geometrically, figure 2, form the voltage U _4-8 , U _5-10 , U _5-11 , U _4-9 , for example, the voltage vector U ₄ and U ₈ when added form the vector U _4-8 , the remaining vectors add similarly. The phase shift between the voltage vectors U _4-8 and U _5-10 , U _5-10 and U _5-11 , U _5-11 and U _4-9 , U _4-9 and U _4-8 is π / 2. At this angle, the ripple of the rectified voltage is minimal, this increases the stability of the welding process. The secondary windings 8, 9, 10, 11 are separately connected to the four cathodes of the valves 12, the anodes of the valves are combined into a second output terminal 13. Using the valves 12, the output voltage U _o is formed from these voltages, the shape of which is shown in the waveform of FIG. 3. In this case, the ripple of the rectified voltage is minimal, the voltage dips reach 0.293 of the maximum value.

Проведен анализ влияния соотношений величин амплитуд напряжений (U_4-8, U_5-10) и (U_5-11, U_4-9) на коэффициент схемы выпрямления и коэффициент пульсации, который показывает, что при стремлении величины напряжения одной из пар к нулю коэффициент схемы выпрямления стремится к 0,9, а коэффициент пульсации к 0,67, то есть схема вырождается в однофазную двухполупериодную. При равных величинах амплитуд и угле сдвига фаз α=90° коэффициент схемы выпрямления достигает значения 1,27, а коэффициент пульсаций - 0,15.The analysis of the influence of the ratio of the magnitudes of the voltage amplitudes (U _4-8 , U _5-10 ) and (U _5-11 , U _4-9 ) on the coefficient of the rectification circuit and the ripple coefficient, which shows that when the voltage value tends to one of the pairs to the coefficient of the rectification circuit tends to 0.9 to zero, and the ripple coefficient to 0.67, that is, the circuit degenerates into a single-phase two-half-period. With equal amplitudes and a phase angle of α = 90 °, the coefficient of the rectification scheme reaches 1.27, and the ripple coefficient is 0.15.

Сварочный выпрямитель может выполнятся в другом варианте, например, переключить общую точку соединения первичных обмоток трансформаторов 1,2 с фазы В на нейтральный провод (N) трехфазной сети, что на фиг.1 отмечено в скобках. В этом случае принципиальных отличий нет. Во вторичных полуобмотках 4, 5 трансформатора 1, фиг.4, наводятся напряжения U₄, U₅, точка соединения полуобмоток 4, 5 подключена к одному выводу дросселя 6, а второй вывод дросселя 6 - к выходному зажиму 7, на обмотках 8, 9, 10, 11 трансформатора 2 наводятся напряжения U₈, U₉, U₁₀, U₁₁ соответственно. Складываясь геометрически, образуют напряжения, U_4-8, U_5-10, U_5-11, U_4-9, например, вектора напряжения U₄ и U₈, при сложении образуют вектор U_4-8, остальные вектора складываются аналогично. Фазовый сдвиг между векторами напряжения U_4-8 и U_5-10, U_5-10 и U_5-11, U_5-11 и U_4-9, U_4-9 и U_4-8, так же как и в предыдущем случае, равен π/2. Вторичные обмотки 8, 9, 10, 11 раздельно подключены к четырем катодам вентилей 12, аноды вентилей объединены во второй выходной зажим 13. С помощью вентилей 12, из этих напряжений формируется выходное напряжение U_вых, форма которого изображена на осциллограмме фиг.5. При этом пульсации выпрямленного напряжения минимальны, провалы напряжения достигают 0,293 от максимального значения. Используя фазные и линейные напряжения трехфазной сети, получены два значения выходного напряжения, причем различаются они в 1,73 раза. Таким переключением расширяется диапазон регулирования сварочного тока и напряжения. Соотношением витков вторичных обмоток трансформаторов можно изменять глубину провалов выходного напряжения.The welding rectifier can be performed in another embodiment, for example, to switch the common connection point of the primary windings of transformers 1.2 from phase B to the neutral wire (N) of a three-phase network, which is indicated in parentheses in Fig. 1. In this case, there are no fundamental differences. In the secondary semi-windings 4, 5 of transformer 1, Fig. 4, the voltages U ₄ , U ₅ are induced, the connection point of the semi-windings 4, 5 is connected to one terminal of the inductor 6, and the second terminal of the inductor 6 is connected to the output terminal 7, on the windings 8, 9 , 10, 11 of transformer 2, the voltages U ₈ , U ₉ , U ₁₀ , U ₁₁ are induced. Geometrically folding, they form voltages, U _4-8 , U _5-10 , U _5-11 , U _4-9 , for example, the voltage vectors U ₄ and U ₈ , when added, form the vector U _4-8 , the remaining vectors add up similarly. The phase shift between the voltage vectors U _4-8 and U _5-10 , U _5-10 and U _5-11 , U _5-11 and U _4-9 , U _4-9 and U _4-8 , as in the previous case is equal to π / 2. The secondary windings 8, 9, 10, 11 are separately connected to the four cathodes of the valves 12, the anodes of the valves are combined into a second output terminal 13. Using the valves 12, the output voltage U _o is formed from these voltages, the shape of which is shown in the waveform of FIG. 5. In this case, the ripple of the rectified voltage is minimal, the voltage dips reach 0.293 of the maximum value. Using phase and linear voltages of a three-phase network, two values of the output voltage are obtained, and they differ by 1.73 times. Such switching expands the range of regulation of welding current and voltage. By the ratio of the turns of the secondary windings of the transformers, you can change the depth of the output voltage dips.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими техническими решениями имеет следующие преимущества:The invention in comparison with the prototype and other technical solutions has the following advantages:

1) удобство в работе за счет компактности и малой массы,1) ease of use due to compactness and low weight,

2) снижение пульсаций выпрямленного напряжения и тока, достигнутого за счет оптимального сдвига по фазе выпрямленных напряжений на угол π/2,2) reduction of ripple of the rectified voltage and current achieved due to the optimal phase shift of the rectified voltage by an angle π / 2,

3) снижение материалоемкости достигнуто за счет применения одного дросселя, ввиду меньшего коэффициента пульсации, дроссель имеет меньшую индуктивность по сравнению с известными выпрямителями, а следовательно, меньшие массогабаритные показатели,3) the reduction in material consumption is achieved through the use of a single inductor, due to the lower ripple coefficient, the inductor has a lower inductance compared to known rectifiers, and therefore, smaller overall dimensions,

4) использование сварочных полуавтоматов в производстве позволит получать экономический эффект, обусловленный снижением стоимости готовой продукции, снижением материалоемкости, сокращением времени за счет оптимальной скорости сварки, качества работы за счет оптимального расплава электродного материала при оперативном регулировании сварочного напряжения и тока.4) the use of welding semiautomatic devices in production will allow to obtain an economic effect due to a decrease in the cost of finished products, a reduction in material consumption, a reduction in time due to the optimal welding speed, and work quality due to the optimal melt of electrode material during the operational control of welding voltage and current.

Изготовлен опытный образец сварочного полуавтомата на ток 200 А, для обеспечения требуемого шага дискретного регулирования в устройстве дополнительно применено переключение 15% числа витков первичных обмоток трансформаторов, первичные обмотки содержат дополнительные витки в количестве 15% от основной обмотки, за счет этого получено девять ступеней выходного напряжения, которые перекрывают диапазон сварочных токов от 20 до 200 А.A prototype of a welding semiautomatic device for a current of 200 A was made, to ensure the required step of discrete regulation, the device additionally applied switching of 15% of the number of turns of the primary windings of the transformers, the primary windings contain additional turns in the amount of 15% of the main winding, due to this nine stages of output voltage are obtained which cover the range of welding currents from 20 to 200 A.

Claims

A welding rectifier comprising a first single-phase transformer with primary and secondary windings, a second single-phase transformer with a primary and two pairs of secondary windings, a choke, one output of which is connected to the secondary winding of the first transformer, and the second output is connected to the output terminal, and four valves, primary windings transformers are connected to the line voltages of a three-phase network, characterized in that the secondary winding of the first transformer is made of two semi-windings connected according to the sequence The main and common connection point of which is connected to one terminal of the inductor, the beginning of one secondary half-winding of the first transformer is connected in series with the beginning and end of one pair of secondary windings of the second transformer, the end of the second half-winding of the first transformer is connected in series with the beginning and end of the second pair of secondary windings of the second transformer, others the beginnings and ends of each of the four secondary windings of the second transformer are separately connected to the four cathodes of the valves, the anodes of which are combined into second output terminal.