RU2430817C2 - Inductor welding generator - Google Patents
Inductor welding generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2430817C2 RU2430817C2 RU2009126926/02A RU2009126926A RU2430817C2 RU 2430817 C2 RU2430817 C2 RU 2430817C2 RU 2009126926/02 A RU2009126926/02 A RU 2009126926/02A RU 2009126926 A RU2009126926 A RU 2009126926A RU 2430817 C2 RU2430817 C2 RU 2430817C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- coils
- stator
- teeth
- power
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам повышенной частоты, и может быть использовано при изготовлении автономных источников питания сварочной дуги.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric machines of high frequency, and can be used in the manufacture of autonomous power sources of the welding arc.
Известен сварочный генератор (патент РФ №7358, оп. 10.08.1998 г. и №21845, опубл. 20.02.2002 г.), содержащий двухпакетный зубчатый статор с постоянным шагом зубцов, с трехфазной обмоткой, каждая фаза которой состоит из параллельных катушечных групп, зубчатый безобмоточный двухпакетный ротор и обмотку возбуждения, выполненную из одной катушки. Выводы статорной обмотки через выпрямительное устройство и распределительное устройство соединены с выходными зажимами. Отличительной особенностью данного генератора является то, что каждая катушка из катушечной группы обмотки статора охватывает соответствующие зубцы двух пакетов.A welding generator is known (RF patent No. 7358, op. 10.08.1998 and No. 21845, publ. 02.20.2002), containing a two-pack gear stator with a constant pitch of teeth, with a three-phase winding, each phase of which consists of parallel coil groups , gear winding two-pack rotor and field winding made of one coil. The findings of the stator winding through the rectifier and switchgear are connected to the output terminals. A distinctive feature of this generator is that each coil from the stator winding coil group covers the corresponding teeth of two packets.
Недостатком данного сварочного генератора является повышенный расход провода, в силу того что катушки силовой обмотки охватывают оба пакета статора. Значительная часть проводников, заложенная в пространстве между пакетами, не является активной, так как на этом участке ЭДС в них не наводится. Одна массивная катушка возбуждения также требует повышенного расхода обмоточного провода по причине недостаточной поверхности охлаждения и необходимости в связи с этим снижать плотность тока, увеличивая сечение провода во избежание перегрева изоляции.The disadvantage of this welding generator is the increased consumption of wire, due to the fact that the coils of the power winding cover both packages of the stator. A significant part of the conductors embedded in the space between the packets is not active, since no EMF is induced in them at this section. One massive excitation coil also requires an increased consumption of winding wire due to the insufficient cooling surface and the need to reduce the current density in this connection, increasing the cross section of the wire to avoid overheating of the insulation.
Кроме того, генератор обладает низким быстродействием стабилизации сварочного тока, так как обратная связь через обладающую большой индуктивностью обмотку возбуждения происходит замедленно и существенно отстает от скорости изменения тока и напряжения сварочной дуги, что приводит к дефектам сварного шва.In addition, the generator has a low speed of stabilization of the welding current, since feedback through the field coil having a large inductance is slow and lags significantly behind the rate of change of the current and voltage of the welding arc, which leads to defects in the weld.
Наиболее близким по конструктивным особенностям к заявляемому является источник питания для электродуговой сварки (А.с. №754586, oпубл. 07.08.1980 г.), содержащий два зубчатых пакета статора, кольцевую обмотку возбуждения, выполненную из одной катушки и размещенную между двумя пакетами зубчатого безобмоточного ротора, и силовую обмотку. Выводы фаз силовой обмотки через выпрямительный блок и выключатели, играющие роль регулятора тока, соединены с выходными зажимами, а выводы катушки возбуждения соединены с источником питания цепи возбуждения.The closest in design features to the claimed is a power source for electric arc welding (A.S. No. 754586, publ. 08/07/1980), containing two gear packages of the stator, an annular excitation coil made of one coil and placed between two packages of gear windingless rotor, and power winding. The conclusions of the phases of the power winding through the rectifier unit and the switches playing the role of a current regulator are connected to the output terminals, and the conclusions of the excitation coil are connected to the power source of the excitation circuit.
На каждом пакете статора размещены одинаковые трехфазные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 180 эл. град и соединенные в общую шестифазную звезду.On each stator package, the same three-phase windings are placed, shifted relative to each other by 180 el. hail and connected in a common six-phase star.
Недостатками данного источника питания являются большой расход обмоточного провода и искаженная форма вырабатываемого напряжения, приводящая к повышенному уровню пульсаций выпрямленного напряжения, которое, в свою очередь, препятствует применению высокочастотных импульсных регуляторов сварочного тока.The disadvantages of this power source are the high consumption of the winding wire and the distorted shape of the generated voltage, leading to an increased level of ripple of the rectified voltage, which, in turn, prevents the use of high-frequency pulse welding current regulators.
Сосредоточение обмотки возбуждения в одной катушке приводит к снижению поверхности охлаждения и вынуждает повышать сечение провода, чтобы избежать сверхнормативного перегрева. Кроме того, быстродействие стабилизации сварочного тока низкое, так как обратная связь через обладающую большой индуктивностью обмотку возбуждения происходит замедленно и существенно отстает от скорости изменения тока и напряжения сварочной дуги, что приводит к дефектам сварного шва.Concentration of the field winding in one coil leads to a decrease in the cooling surface and forces an increase in the cross section of the wire in order to avoid excessive overheating. In addition, the speed of stabilization of the welding current is low, since the feedback through the field coil having a large inductance is slow and lags significantly behind the rate of change of the current and voltage of the welding arc, which leads to defects in the weld.
Задачей изобретения является формирование внешних крутопадающих и жестких характеристик при одновременном улучшении динамических характеристик (сварочных свойств), уменьшение пульсации выпрямленного напряжения, а также повышение степени использования активных материалов и упрощение конструкции.The objective of the invention is the formation of external steep and hard characteristics while improving dynamic characteristics (welding properties), reducing the ripple of the rectified voltage, as well as increasing the degree of use of active materials and simplifying the design.
Задача решается тем, что в индукторном сварочном генераторе аксиального типа, содержащем два зубчатых пакета статора, соединенные с толстостенной стальной станиной, служащей одновременно корпусом и внешним магнитопроводом, кольцевую обмотку возбуждения, выводы которой соединены с источником питания, 3-фазную силовую обмотку, выводы фаз которой через выпрямительный блок и регулятор тока соединены с выходными зажимами, два зубчатых безобмоточных пакета ротора, соединенных втулками, служащими внутренним магнитопроводом, дополнительно, силовая обмотка, выполнена наложением на каждый зубец каждого пакета статора отдельных катушек, при этом каждая ветвь фазы образовывается встречным соединением одной встречно соединенной пары катушек, расположенной на соседних зубцах и другой аналогичной парой катушек, сдвинутой на 180 электрических градусов и диаметрально расположенной, при том что число зубцов статора кратно 12, а число зубцов ротора кратно 5 или 7. При этом обмотка возбуждения выполнена как минимум из двух кольцевых катушек, соединенных параллельно. Блок питания цепи возбуждения выполнен управляемым, а регулятор тока выполнен в виде высокочастотного импульсного регулятора.The problem is solved in that in an axial-type induction welding generator containing two serrated gear packages connected to a thick-walled steel bed serving simultaneously as a casing and an external magnetic circuit, an annular field winding whose terminals are connected to a power source, a 3-phase power winding, phase outputs which through the rectifier unit and the current regulator are connected to the output terminals, two gear non-wound gear packages of the rotor connected by bushings serving as an internal magnetic circuit, in addition, silt winding, made by superimposing on each tooth of each stator packet of separate coils, each phase branch is formed by the counter-connection of one counter-connected pair of coils located on adjacent teeth and another similar pair of coils shifted by 180 electrical degrees and diametrically located, while the number of stator teeth is a multiple of 12, and the number of rotor teeth is a multiple of 5 or 7. In this case, the field winding is made of at least two ring coils connected in parallel. The power supply of the excitation circuit is made controllable, and the current regulator is made in the form of a high-frequency pulse regulator.
Уменьшение расхода обмоточного провода и одновременно уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения обеспечивается тем, что обмотка статора выполнена из катушек, каждая из которых охватывает только один зубец и только на одном пакете.The reduction in the consumption of the winding wire and at the same time the reduction of the ripple of the rectified voltage is ensured by the fact that the stator winding is made of coils, each of which covers only one tooth and on only one package.
Уменьшение расхода провода происходит за счет уменьшения средней длины витка. Во-первых, значительно уменьшается длина лобовых частей катушек, так как путь из паза в соседний, очевидно, короче пути из того же паза в третий. Во-втотрых, устраняется пересечение лобовых частей катушек обмотки статора и необходимость удлинять лобовые части для огибания мест пересечения.The reduction in wire consumption occurs by reducing the average length of the coil. Firstly, the length of the frontal parts of the coils is significantly reduced, since the path from the groove to the adjacent one is obviously shorter than the path from the same groove to the third. Secondly, the intersection of the frontal parts of the stator winding coils and the need to extend the frontal parts to round the intersection points are eliminated.
Уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения достигается тем, что катушка охватывает только один зубец и не охватывает ни одного раскрытия паза статора, а также компенсацией четных гармоник встречным соединением катушечных групп.Reducing the ripple of the rectified voltage is achieved by the fact that the coil covers only one tooth and does not cover a single opening of the stator groove, as well as the compensation of even harmonics by the counter-connection of the coil groups.
Уменьшение расхода провода на обмотку возбуждения достигается выполнением ее из двух или трех отдельных катушек, установленных с промежутками, что улучшает охлаждение обмотки и дает возможность уменьшить сечение провода.Reducing the flow rate of the wire to the field winding is achieved by making it from two or three separate coils installed at intervals, which improves cooling of the winding and makes it possible to reduce the cross section of the wire.
Повышение быстродействия достигается независимым питанием обмотки возбуждения от регулируемого источника питания и применением высокочастотного импульсного регулятора сварочного тока.The increase in speed is achieved by independent supply of the field winding from an adjustable power source and the use of a high-frequency pulse regulator of the welding current.
На фиг.1 изображен двухпакетный индукторный сварочный генератор, продольный разрез;Figure 1 shows a two-pack induction welding generator, a longitudinal section;
На фиг.2 изображен двухпакетный индукторный сварочный генератор, поперечный разрез (A-A);Figure 2 shows a two-pack induction welding generator, a cross section (A-A);
На фиг.3 показана развертка обмотки одного пакета статора, с изображением схемы соединения катушек, содержащего S=12 зубцов статора и R=5 зубцов ротора;Figure 3 shows a scan of the winding of one stator package, with the image of the connection circuit of the coils containing S = 12 teeth of the stator and R = 5 teeth of the rotor;
На фиг.4 приведена электрическая схема генератора с плавно ступенчатым регулированием сварочного тока;Figure 4 shows the electrical circuit of the generator with stepwise regulation of the welding current;
На фиг.5 приведена электрическая схема генератора с плавным регулированием сварочного тока;Figure 5 shows the electrical circuit of the generator with smooth regulation of the welding current;
Индукторный сварочный генератор (фиг.1, 2) содержит два зубчатых статорных пакета 1 и 2, зубчатая поверхность которых обращена к рабочему зазору. Каждый из статорных пакетов содержит S=12 (S1÷S12) зубцов (фиг.3), расположенных по окружности с постоянным шагом. Статорные пакеты 1 и 2 соединены толстостенной трубчатой станиной 3, являющейся внешним магнитопроводом аксиальной машины. Напротив статорных пакетов 1 и 2 установлены два зубчатых роторных пакета 4 и 5, зубчатая поверхность которых обращена к рабочему зазору. Каждый из роторных пакетов содержит R=5 (R1÷R5) зубцов, расположенных по окружности с постоянным шагом. Роторные пакеты 4 и 5 имеют возможность вращаться внутри статорных пакетов 1 и 2 с небольшим воздушным рабочим зазором. Роторные пакеты 4 и 5 насажены на шпонках на соответственно две массивные стальные втулки 6 и 7, которые установлены на шпонках на общем валу 8 и плотно соединяются между собой торцевыми поверхностями, образуя внутренний магнитопровод, также проводящий аксиальный магнитный поток. Вал 8 вращается в двух подшипниковых щитах 9 и 10, прикрепленных к толстостенной трубчатой станине 3, выполняющей, кроме функции внешнего магнитопровода, функцию корпуса генератора.Induction welding generator (Fig.1, 2) contains two
Предлагаемый индукторный генератор отличается от прототипа устройством обеих обмоток, имеющихся в генераторе: силовой обмотки статора и обмотки возбуждения.The proposed inductor generator differs from the prototype in the arrangement of both windings available in the generator: the stator power winding and the field winding.
Силовая обмотка 11 состоит из двух силовых обмоток 12 и 13, уложенных соответственно в пазы статорных пакетов 1 и 2. Причем каждая из силовых обмоток 12 и 13 состоит из катушек L=12 (L1÷L12) (фиг.3) и выполнена наложением на каждый зубец S1÷S12 каждого статорного пакета 1 и 2 соответственно отдельной катушки L1÷L12. Каждые две катушки L, расположенные на соседних зубцах S, соединены между собой встречно. Для подавления четных гармоник ветвь 14 фазы образуется встречным соединением, например, первой пары катушек L1 и L2 со второй аналогичной встречно включенной парой катушек L7 и L8, сдвинутой в магнитном поле на 180 электрических градусов относительно первой пары. Кроме того, для компенсации неравномерности воздушного зазора упомянутая вторая пара катушек располагается максимально диаметрально удаленной по расточке статора относительно первой.The
Минимальное число S зубцов статора в предлагаемом генераторе, позволяющее получить 3-фазную обмотку с фазной зоной 60 электрических градусов и одной параллельной ветвью, равно S=12. Минимальное число зубцов R ротора при этом равно R=5 или R=7. Данная совокупность зубцов S и R образует элементарный сектор генератора с минимальной вырабатываемой мощностью. Кратным увеличением элементарных секторов достигается возможность получения нескольких параллельных ветвей в каждой фазе и увеличения мощности. Соответственно кратно увеличивается число R зубцов ротора и S статора. В заявляемом генераторе силовая обмотка может быть выполнена по одному из следующих вариантов: две ветви при S=24 зубцах статора и R=10 или R=14 зубцах ротора, три ветви при S=36 зубцах статора и R=15 или R=21 зубцах ротора, четыре ветви при S=48 зубцах статора и R=20 или R=28 зубцах ротора. Большее число параллельных ветвей соответствует генератору большей мощности.The minimum number S of stator teeth in the proposed generator, which allows to obtain a 3-phase winding with a phase zone of 60 electrical degrees and one parallel branch, is S = 12. The minimum number of teeth R of the rotor is equal to R = 5 or R = 7. This set of teeth S and R forms the elementary sector of the generator with minimum generated power. A multiple increase in elementary sectors makes it possible to obtain several parallel branches in each phase and increase power. Accordingly, the number R of rotor teeth and S of the stator increases by a factor of one. In the inventive generator, the power winding can be performed according to one of the following options: two branches with S = 24 teeth of the stator and R = 10 or R = 14 teeth of the rotor, three branches with S = 36 teeth of the stator and R = 15 or R = 21 teeth rotor, four branches with S = 48 teeth of the stator and R = 20 or R = 28 teeth of the rotor. A greater number of parallel branches corresponds to a generator of greater power.
Учитывая, что в индукторном сварочном генераторе имеются две одинаковые силовые обмотки статорных пакетов 1 и 2, они могут быть соединены последовательно или параллельно для работы на общий выход. Таким образом, полная мощность предлагаемого 2-пакетного генератора складывается из мощностей, вырабатываемых каждой силовой обмоткой пакета статора 1 и 2.Given that in the induction welding generator there are two identical power windings of the
Если не соединять силовые обмотки пакетов, а вывести их через отдельные регуляторы на отдельные зажимы, то можно использовать предлагаемый генератор как источник питания одновременно и независимо 2-х постов сварки.If you do not connect the power windings of the packages, but bring them through separate regulators to separate terminals, then you can use the proposed generator as a power source simultaneously and independently of 2 welding stations.
Обмотка 15 возбуждения генератора разделена на две или три кольцевых катушки 16, 17 и 18, которые установлены в пространстве между роторными пакетами 4 и 5. Катушки 16, 17 и 18 неподвижно крепятся к станине 3, каждая в трех точках, отстоящих одна от другой на угол 120° посредством стержней 19 и изоляционных захватов 20.The excitation winding 15 of the generator is divided into two or three
Выводы обмотки 15 возбуждения подключены к блоку 21 питания цепи возбуждения, который выполнен в виде управляемого источника 22 постоянного напряжения. Выводы фаз силовой обмотки 11 соединены через последовательно соединенные выпрямительный блок 23 и регулятор 24 тока к выходным зажимам 25 генератора. Выпрямительный блок 23 содержит 3-фазные выпрямители 26, причем количество их соответствует числу ветвей силовой обмотки 11 генератора. Регулятор 24 тока может быть выполнен в виде управляемых ключей 27 (фиг.4), в этом случае число ветвей силовой обмотки 11 статора должно быть больше одной, либо представлять собой высокочастотный импульсный регулятор (электронный реостат, чоппер) 28, выполненный по одной из известных схем и рассчитанный на номинальный ток генератора (фиг.5). Число параллельных ветвей в данном случае может быть любым.The findings of the field winding 15 are connected to the
Работа устройства.The operation of the device.
Генератор работает следующим образом. Независимый блок 21 питания подает напряжение на обмотку 15 возбуждения, которая создает магнитный поток в генераторе. При вращении зубчатого ротора 4 и 5 магнитный поток пульсирует и наводит переменное напряжение в силовых обмотках 12 и 13 статорных пакетов 1 и 2. Частота переменного напряжения, например, в варианте с S=48 зубцами на статоре и R=20 зубцами на роторе при скорости вращения ротора 2200 об/мин составляет 733 Гц. Повышенная частота сварочного тока, вызываемая этим напряжением, благоприятно отражается на сварочных свойствах генератора. Ток выпрямляется 3-фазными выпрямителями 26 и через замкнутые переключатели 27 поступает на выходные зажимы на сварку. В данном случае осуществляется плавно-ступенчатое регулирование путем создания диапазонов тока, за счет подключения посредством переключателей 27 разного числа параллельных ветвей, в сочетании с плавным регулированием внутри каждого диапазона, путем изменения тока возбуждения. Для реализации этого варианта число параллельных ветвей в обмотке 11 статора должно быть больше одной. Для уменьшения количества контактов переключателей диапазонов соединение параллельных ветвей производится после выпрямителей, установленных в каждой ветви.The generator operates as follows. An
Для плавного регулирования сварочного тока регулятор 24 тока представляет собой высокочастотный импульсный регулятор (электронный реостат, чоппер), выполненный по одной из известных схем и рассчитанный на номинальный ток генератора. Число параллельных ветвей может быть любым (фиг.5). Независимый источник 21 питания подает напряжение на обмотку 15 возбуждения, составленную из 2х или 3х катушек, соответственно 16, 17 и 18. В этом случае ток возбуждения не регулируется и всегда постоянен по величине. Вырабатываемый в обмотке 11 статора ток выпрямляется выпрямительным блоком 24 и подается на вход высокочастотного импульсного регулятора 28, с выхода которого поступает на сварку.For smooth regulation of the welding current, the
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009126926/02A RU2430817C2 (en) | 2009-07-13 | 2009-07-13 | Inductor welding generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009126926/02A RU2430817C2 (en) | 2009-07-13 | 2009-07-13 | Inductor welding generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009126926A RU2009126926A (en) | 2011-01-20 |
RU2430817C2 true RU2430817C2 (en) | 2011-10-10 |
Family
ID=44805201
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009126926/02A RU2430817C2 (en) | 2009-07-13 | 2009-07-13 | Inductor welding generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2430817C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702615C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-10-09 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс" (ООО НПП "Резонанс") | Inductor generator with combined excitation and stator windings |
RU2813842C1 (en) * | 2023-09-07 | 2024-02-19 | Акционерное общество "Уралтермосвар" | Self-powered induction generator of independent loads |
-
2009
- 2009-07-13 RU RU2009126926/02A patent/RU2430817C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702615C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-10-09 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс" (ООО НПП "Резонанс") | Inductor generator with combined excitation and stator windings |
RU2813842C1 (en) * | 2023-09-07 | 2024-02-19 | Акционерное общество "Уралтермосвар" | Self-powered induction generator of independent loads |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009126926A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7615904B2 (en) | Brushless high-frequency alternator and excitation method for three-phase AC power-frequency generation | |
US8076814B2 (en) | Brushless high-frequency alternator and excitation method for DC, single-phase and multi-phase AC power-frequency generation | |
US9800194B2 (en) | Power supply unit and electric machine | |
US11689136B2 (en) | Dynamically reconfigurable motors and generators and systems with efficiency optimization | |
US10411635B2 (en) | Rotating electric machine | |
JP5065902B2 (en) | Electric machine saturation control | |
US7999431B2 (en) | Saturation control of electric machine | |
US6380655B1 (en) | Variable-speed electromechanical energy converter | |
KR101787135B1 (en) | Electrical machines | |
US20180205279A1 (en) | Electrical energy conversion system in the form of an induction motor or generator with variable coil winding patterns exhibiting multiple and differently gauged wires according to varying braid patterns | |
Gör et al. | Preliminary studies of a new permanent magnet generator (PMG) with the axial and radial flux morphology | |
US20150008777A1 (en) | Synchronous electric machine | |
RU2430817C2 (en) | Inductor welding generator | |
US20230231433A1 (en) | Dynamically Reconfigurable Synchronous Motors and Generators | |
RU94889U1 (en) | ELECTRIC ARC WELDING POWER SUPPLY | |
JP2009290930A (en) | Ac motor | |
US11342804B2 (en) | Electric machine, activation unit and method for operating an electric machine | |
RU2524166C1 (en) | Inductor machine | |
RU2159495C1 (en) | Inductor machine | |
EP3084942B1 (en) | Wind power generator | |
RU2813842C1 (en) | Self-powered induction generator of independent loads | |
RU9552U1 (en) | INDUCTOR ELECTRIC MACHINE | |
SU349363A1 (en) | ELECTRIC MACHINE UNIT | |
KR101445006B1 (en) | System for controlling superconduction generator for homopolar type | |
CN116470672A (en) | Dynamically configuring synchronous motor and generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 28-2011 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150714 |