RU2780857C1

RU2780857C1 - Power supply for contact welding

Info

Publication number: RU2780857C1
Application number: RU2021139773A
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Коровкин; Людмила Ивановна Сахно; Ольга Ивановна Сахно; Николай Яковлевич Смирнов; Павел Дмитриевич Федоров
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-10-04

Abstract

FIELD: welding technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical contact welding and can be used in appropriate equipment. The power source contains a rectifier with two diodes connected according to a two-half-period rectification scheme with a midpoint, a voltage source, two valve elements and a transformer having two secondary disk windings, each of which consists of at least one disk, to which at least one coil with primary winding sections is pressed, while the primary windings of the transformers pressed to different disks are made the same, connected in series and consistently. In this case, the valve elements are made in the form of thyristors, the anode, cathode and control electrode of each of which are respectively connected to an additionally inserted control unit, which is connected to the mentioned connection point of the primary windings.

EFFECT: use of the invention makes it possible to expand the technological capabilities of the power supply and reduce its dimensions.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для электрической контактной сварки и может быть использовано в машинах для контактной сварки постоянным током.The invention relates to equipment for electrical contact welding and can be used in machines for direct current resistance welding.

Известны источники питания для контактной сварки с дисковыми секционированными первичными обмотками, в которых регулирование вторичного напряжения производится изменением числа витков первичной обмотки за счет подключения или отключения с помощью переключателя части секций (З.А. Рыськова, П.Д. Федоров, В.И. Жимерова. Трансформаторы для электрической контактной сварки. Энергоатомиздат, Л.О. 1990 г.). Вторичная обмотка выполняется в виде нескольких дисков, к которым с обеих сторон прижаты секции первичной обмотки, выполненные в виде дисковых катушек. Благодаря такой конструкции при прохождении токов по всем виткам первичной и всем дискам вторичной обмоток диски вторичной и витки первичной обмотки имеют между собой хорошую магнитную связь. В машинах контактной сварки с выпрямителем со средней точкой на вторичной стороне трансформатора в дисках вторичной обмотки ток протекает поочередно в течение половины периода, а по первичной обмотке в течение всего периода, что ухудшает магнитную связь первичной и вторичной обмоток. Для улучшения магнитной связи этих обмоток и уменьшения габаритов и массы источника питания (патент RU 2752519 C1, авторы Коровкин Н.В., Сахно Л.И., Сахно О.И., Смирнов Н.Я., Федоров П.Д.) предложено разделить первичную обмотку на две секции, ввести в источник питания два дополнительных диода, которые обеспечивают хорошую магнитную связь каждой секции первичной обмотки с вторичной обмоткой, в которой в данный полупериод протекает сварочный ток. Однако, регулирование сварочного тока в этом источнике питания осуществляется только дискретно путем переключения секций первичной обмотки, что ухудшает технологические возможности машины. Это объясняется тем, что если для сварки деталей требуется ток, значение которого находится в интервале между токами, которые обеспечивают ближайшие ступени регулирования, источник питания либо не позволяет осуществить сварку этих деталей, либо качество сварка будет низким. Для регулирования сварочного тока в широких пределах требуется большое количество секций первичной обмотки трансформатора источника питания. Каждая секция имеет выводы, необходимые для переключения секций. Поскольку сварочные токи при контактной сварке составляют десятки и сотни килоампер, эти выводы являются массивными. Большое количество секций первичной обмотки и выводов от них приводит к значительному увеличению габаритов трансформатора.Known power sources for contact welding with disk partitioned primary windings, in which the secondary voltage is regulated by changing the number of turns of the primary winding by connecting or disconnecting some of the sections with a switch (Z.A. Ryskova, P.D. Fedorov, V.I. Zhimerova, Transformers for Electric Resistance Welding, Energoatomizdat, L.O., 1990). The secondary winding is made in the form of several disks, to which sections of the primary winding are pressed on both sides, made in the form of disk coils. Due to this design, when currents pass through all turns of the primary and all disks of the secondary windings, the disks of the secondary and the turns of the primary winding have a good magnetic connection between them. In resistance welding machines with a rectifier with a midpoint on the secondary side of the transformer, current flows alternately in the secondary winding disks for half a period, and through the primary winding during the entire period, which worsens the magnetic coupling of the primary and secondary windings. To improve the magnetic coupling of these windings and reduce the size and weight of the power source (patent RU 2752519 C1, authors Korovkin N.V., Sakhno L.I., Sakhno O.I., Smirnov N.Ya., Fedorov P.D.) It was proposed to divide the primary winding into two sections, introduce two additional diodes into the power source, which provide good magnetic coupling of each section of the primary winding with the secondary winding, in which the welding current flows in this half-cycle. However, the regulation of the welding current in this power source is carried out only discretely by switching sections of the primary winding, which degrades the technological capabilities of the machine. This is due to the fact that if the welding of parts requires a current whose value is in the range between the currents provided by the nearest control steps, the power source either does not allow welding of these parts, or the welding quality will be low. To regulate the welding current over a wide range, a large number of sections of the primary winding of the power source transformer is required. Each section has pins required to switch sections. Since welding currents in resistance welding are tens and hundreds of kiloamperes, these conclusions are massive. A large number of sections of the primary winding and conclusions from them leads to a significant increase in the dimensions of the transformer.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является источник питания для контактной сварки (патент RU 2752519 C1, авторы Коровкин Н.В., Сахно Л.И., Сахно О.И., Смирнов Н.Я., Федоров П.Д.) преимущественно для машин с двухполупериодным выпрямлением тока, содержащий две вторичные дисковые обмотки, состоящие, по крайней мере, из одного диска, к которому прижаты катушки, содержащие секции первичной обмотки, при этом, с целью сокращения расхода меди за счет улучшения магнитной связи обмоток катушки первичной обмотки, содержащие соединенные параллельно секции с одинаковым числом витков первичные обмотки, прижатые к разным дискам, одинаковы, соединены последовательно и согласно, начало первичной обмотки, прижатой к одному диску вторичной обмотки соединено с катодом первой дополнительной диодной группы, конец первичной обмотки, прижатой к другому диску вторичной обмотки, соединен с анодом второй дополнительной диодной группы, а катод этой группы соединен с анодом первой диодной группы и с одним из выводов источника напряжения, а точка соединения первичных обмоток, прижатых к разным дискам вторичной обмотки, подключена к другому выводу источника напряжения.The closest technical solution to this invention is a power source for resistance welding (patent RU 2752519 C1, authors Korovkin N.V., Sakhno L.I., Sakhno O.I., Smirnov N.Ya., Fedorov P.D.) mainly for machines with full-wave rectification of the current, containing two secondary disk windings, consisting of at least one disk, to which coils are pressed, containing sections of the primary winding, while, in order to reduce copper consumption by improving the magnetic coupling of the primary coil windings windings containing sections connected in parallel with the same number of turns, the primary windings pressed against different disks are the same, connected in series and in accordance, the beginning of the primary winding, pressed to one disk, the secondary winding is connected to the cathode of the first additional diode group, the end of the primary winding, pressed to another disk of the secondary winding, is connected to the anode of the second additional diode group, and the cathode of this group is connected to the anode of the first diode group and with one of the outputs of the voltage source, and the connection point of the primary windings, pressed against different disks of the secondary winding, is connected to the other output of the voltage source.

Этот источник имеет ограниченные технологические возможности из-за только дискретного регулирования сварочного тока и завышенные габариты из-за большого количества массивных выводов от секций первичной обмотки.This source has limited technological capabilities due to only discrete regulation of the welding current and oversized dimensions due to the large number of massive outputs from the primary winding sections.

Технической проблемой является ограничение технологических возможностей машины из-за использования только дискретного регулирования сварочного тока путем переключения секций первичной обмотки для изменения сварочного тока и завышенные габариты трансформатора из-за массивных выводов секций первичной обмотки.The technical problem is the limitation of the technological capabilities of the machine due to the use of only discrete regulation of the welding current by switching the sections of the primary winding to change the welding current and the oversized dimensions of the transformer due to the massive leads of the sections of the primary winding.

Решение технической проблемы достигается тем, что источник питания для контактной сварки содержит выпрямитель с двумя диодами, соединенными по схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой и трансформатор, имеющий две вторичные дисковые обмотки, каждая из которых состоит по крайней мере из одного диска, к которому прижата по крайней мере одна катушка с секциями первичной обмотки, при этом катушки первичной обмотки, прижатые к разным дискам, выполнены одинаковыми, соединены последовательно и согласно, причем точка соединения катушек первичной обмотки, прижатых к разным дискам вторичной обмотки, подключена к одному из выводов источника напряжения, источник питания снабжен двумя тиристорами и блоком управления, начало первичной обмотки, прижатой к одному диску вторичной обмотки, соединено с анодом первого тиристора, а конец первичной обмотки, прижатой к другому диску вторичной обмотки, соединен с катодом второго тиристора, анод которого соединен с катодом первого тиристора и с другим выводом источника напряжения, а блок управления соединен с анодом, катодом и управляющим электродом каждого тиристора и точкой соединения первичных обмоток.The solution to the technical problem is achieved by the fact that the power source for contact welding contains a rectifier with two diodes connected in a full-wave rectification circuit with a midpoint and a transformer having two secondary disk windings, each of which consists of at least one disk, to which is pressed along at least one coil with sections of the primary winding, while the primary winding coils pressed against different disks are identical, connected in series and in accordance, and the connection point of the primary winding coils pressed against different disks of the secondary winding is connected to one of the outputs of the voltage source, the power supply is equipped with two thyristors and a control unit, the beginning of the primary winding, pressed against one disk of the secondary winding, is connected to the anode of the first thyristor, and the end of the primary winding, pressed against the other disk of the secondary winding, is connected to the cathode of the second thyristor, the anode of which is connected to the cathode of the first thyristor and others the output of the voltage source, and the control unit is connected to the anode, cathode and control electrode of each thyristor and the connection point of the primary windings.

Поскольку тиристор сочетает в себе свойства диода и ключа, он переходит в «открытое» состояние (проводит ток) только после подачи на него сигнала от блока управления. Поэтому в отличие от диода он позволяет получить неполные полуволны питающего напряжения, если управляющий сигнал приходит на тиристор с задержкой по отношению к началу положительной для тиристора полуволне питающего напряжения. В результате осциллограмма питающего напряжения представляет собой неполные полуволны синусоиды, что приводит к уменьшению действующего значения питающего напряжения (фазовое регулирование). Таким образом осуществляется плавное фазовое регулирование сварочного тока на каждой ступени регулирования, при этом управляющий сигнал от блока управления на тиристоры в пределах каждого периода должен иметь одинаковую задержку относительно нуля питающего напряжения для положительного и отрицательного полупериода во избежание одностороннего намагничивания магнитопровода. Обеспечение возможности плавного регулирования сварочного тока в пределах каждой ступени улучшает технологические возможности источника, а также даёт возможность уменьшить количество ступеней регулирования, где это допускается по условиям технологии сварки. При этом сохраняются все преимущества прототипа.Since the thyristor combines the properties of a diode and a key, it goes into an “open” state (conducts current) only after a signal is applied to it from the control unit. Therefore, unlike a diode, it makes it possible to obtain incomplete half-waves of the supply voltage if the control signal arrives at the thyristor with a delay relative to the beginning of the supply voltage half-wave positive for the thyristor. As a result, the oscillogram of the supply voltage is an incomplete half-wave of a sinusoid, which leads to a decrease in the effective value of the supply voltage (phase regulation). Thus, a smooth phase regulation of the welding current is carried out at each control stage, while the control signal from the control unit to the thyristors within each period must have the same delay relative to zero supply voltage for the positive and negative half-cycle in order to avoid one-sided magnetization of the magnetic circuit. Providing the possibility of smooth regulation of the welding current within each stage improves the technological capabilities of the source, and also makes it possible to reduce the number of control stages, where this is allowed by the conditions of the welding technology. At the same time, all the advantages of the prototype are retained.

На чертеже приведена схема источника питания для контактной сварки с двухполупериодным выпрямлением по схеме со средней точкой. Схема симметрична относительно оси ОО'.The drawing shows a diagram of a power source for resistance welding with full-wave rectification according to a mid-point circuit. The scheme is symmetrical with respect to the axis 00'.

Источник питания включает трансформатор, содержащий диски 1 и 2 вторичной обмотки, по каждому из которых ток протекает только в течение половины периода питающего напряжения, катушки 3 и 4 первичной обмотки, содержащие по три секции 5, 6, 7, катушки 8, 9 первичной обмотки, содержащие секции 5, 6, 7; диоды 10, 11, подключенные к дискам вторичной обмотки; тиристор 12, катод которого подключен к аноду тиристора 13 и к выводу 15 источника напряжения 16. Анод тиристора 12 соединен с началом первичной обмотки, прилегающей к одному диску вторичной обмотки, катод тиристора 13 соединен с началом первичной обмотки, прилегающей к другому диску вторичной обмотки. Точка соединения 17 катушек первичной обмотки, примыкающих к разным дискам вторичной обмотки, соединена с выводом 14 источника 16. Тиристоры 12 и 13 соединены с блоком управления 24. Кроме того, трансформатор может содержать одну или несколько контактных групп переключателей ступеней (поз. 18-23.) Ступенчатое регулирование в сочетании с фазовым позволяет работать в зоне ближе к полнофазному включению трансформатора в сеть.The power supply includes a transformer containing disks 1 and 2 of the secondary winding, each of which current flows only during half the period of the supply voltage, coils 3 and 4 of the primary winding, containing three sections 5, 6, 7 each, coils 8, 9 of the primary winding containing sections 5, 6, 7; diodes 10, 11 connected to the disks of the secondary winding; thyristor 12, the cathode of which is connected to the anode of the thyristor 13 and to the output 15 of the voltage source 16. The anode of the thyristor 12 is connected to the beginning of the primary winding adjacent to one disk of the secondary winding, the cathode of the thyristor 13 is connected to the beginning of the primary winding adjacent to another disk of the secondary winding. The connection point of 17 coils of the primary winding, adjacent to different disks of the secondary winding, is connected to terminal 14 of source 16. Thyristors 12 and 13 are connected to control unit 24. In addition, the transformer may contain one or more contact groups of stage switches (pos. 18-23 .) Step control in combination with phase control allows you to work in the area closer to the full-phase inclusion of the transformer in the network.

Переключение осуществляется следующим образом. На наивысшей ступени все контактные группы переключателей переводятся в положение I. При положительной полуволне напряжения ток проходит только по катушкам 3 и 4 первичной обмотки и по диску 1 вторичной обмотки. Тиристор 13 препятствует прохождению тока по катушкам 8 и 9 первичной обмотки, а диод 11 прохождению тока по диску 2 вторичной обмотки. При этом контактная группа 18 соединяет между собой начала и концы секций 7, контактная группа 19 начала и концы секций 6, а контактная группа 20 начала и концы секций 5. Таким образом, одинаковые секции соединяются между собой параллельно, а три пары разных секций включаются между собой последовательно.Switching is carried out as follows. At the highest level, all contact groups of switches are transferred to position I. With a positive half-wave of voltage, the current passes only through coils 3 and 4 of the primary winding and through disk 1 of the secondary winding. The thyristor 13 prevents the passage of current through the coils 8 and 9 of the primary winding, and the diode 11 prevents the passage of current through the disk 2 of the secondary winding. In this case, the contact group 18 connects the beginnings and ends of sections 7, the contact group 19 of the beginnings and ends of sections 6, and the contact group 20 of the beginnings and ends of sections 5. Thus, the same sections are connected to each other in parallel, and three pairs of different sections are connected between itself sequentially.

При отрицательной полуволне напряжения ток проходит только по катушкам 8 и 9 первичной обмотки и по диску 2 вторичной обмотки. Тиристор 12 препятствует прохождению тока по катушкам 3 и 4 первичной обмотки, а диод 10 прохождению тока по диску 1 вторичной обмотки. Поскольку катушки 8 и 9 прижаты к диску 2, индуктивность рассеяния в этом режиме равна индуктивности рассеяния катушек 3, 4 и диска 1 и в четыре раза меньше, чем в прототипе. При этом контактная группа 21 соединяет между собой начала и концы секций 7, контактная группа 22 начала и концы секций 6, а контактная группа 23 начала и концы секций 5. Таким образом, одинаковые секции соединяются между собой параллельно, а три пары разных секций включаются между собой последовательно. При включении любой другой ступени напряжения все переключения проводятся симметрично в левой и правой частях схемы. Например, контактная группа переключателей 18 и 21 переводится в положение II и подключают начало секции 7 катушки 3 к концу секции 7 катушки 4 для положительной волны напряжения. А для отрицательной полуволны контактная группа переключателей 21 в положении II подключает начало секции 7 катушки 8 к концу секции 7 катушки 9. Соединение блока управления с точкой соединения тиристоров 15 и точкой 17 соединения катушек первичной обмотки, примыкающих к разным дискам, обеспечивает синхронизацию с питающей сетью, соединение с анодами и катодами тиристоров обеспечивает обратную связь, на управляющие электроды тиристоров подаются команды на включение каждого тиристора в соответствующий полупериод сетевого напряжения. With a negative half-wave of voltage, the current passes only through the coils 8 and 9 of the primary winding and through the disk 2 of the secondary winding. The thyristor 12 prevents the passage of current through the coils 3 and 4 of the primary winding, and the diode 10 prevents the passage of current through the disk 1 of the secondary winding. Since coils 8 and 9 are pressed against disk 2, the leakage inductance in this mode is equal to the leakage inductance of coils 3, 4 and disk 1 and is four times less than in the prototype. In this case, the contact group 21 connects the beginnings and ends of sections 7, the contact group 22 of the beginnings and ends of sections 6, and the contact group 23 of the beginnings and ends of sections 5. Thus, the same sections are connected to each other in parallel, and three pairs of different sections are connected between itself sequentially. When any other voltage level is turned on, all switching is carried out symmetrically in the left and right parts of the circuit. For example, the contact group of switches 18 and 21 is transferred to position II and connect the beginning of section 7 of coil 3 to the end of section 7 of coil 4 for a positive voltage wave. And for the negative half-wave, the contact group of switches 21 in position II connects the beginning of section 7 of coil 8 to the end of section 7 of coil 9. The connection of the control unit with the connection point of thyristors 15 and the connection point 17 of the primary winding coils adjacent to different disks ensures synchronization with the mains , the connection with the anodes and cathodes of the thyristors provides feedback, the control electrodes of the thyristors are commanded to turn on each thyristor in the corresponding half-cycle of the mains voltage.

Claims

A power source for contact welding, containing a rectifier with two diodes connected in a full-wave rectification circuit with a midpoint, a voltage source, two valve elements and a transformer having two secondary disk windings, each of which consists of at least one disk, to which it is pressed at least one coil with sections of the primary winding, while the primary windings of the transformer, pressed against different disks, are identical, connected in series and in accordance, the beginning of the primary winding, pressed against one disk of the secondary winding, is connected to the anode of the first valve element, and the beginning of the primary of the winding pressed against another disk of the secondary winding is connected to the cathode of the second valve element, the anode of which is connected to the cathode of the first valve element and to one of the outputs of the voltage source, and the connection point of the primary windings pressed to different disks of the secondary winding is connected to another output of the source voltage i, characterized in that the said valve elements are made in the form of thyristors, the anode, cathode and control electrode of each of which are respectively connected to an additionally introduced control unit, which is connected to the mentioned connection point of the primary windings.