RU98652U1 - Трехфазный асинхронный сварочный генератор - Google Patents

Abstract

Асинхронный сварочный генератор с двумя трехфазными обмотками на статоре, одна из которых - обмотка возбуждения - имеет клеммы для подключения конденсаторов возбуждения, другая является рабочей обмоткой, начала фаз которой имеют клеммы для подключения шунтирующих конденсаторов и выпрямителя со сварочным электродом в цепи постоянного тока, а концы фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник, отличающийся тем, что трехфазные обмотки статора имеют одинаковое число витков, соединены параллельно, уложены в одни пазы и образуют одну общую обмотку на статоре, конденсаторы обмотки возбуждения и шунтирующие конденсаторы соединены параллельно и образуют батарею шунтирующих конденсаторов, фазы которой соединены в треугольник.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к асинхронным генераторам с конденсаторным самовозбуждением и может быть использовано в устройствах ручной дуговой электросварки.

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 [1]. 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.

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 (К3) 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 в начале работает в режиме XX, затем, после соприкосновения электрода со свариваемой деталью, переходит в режим К3, 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. выключатели 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 [1]. Это является косвенным подтверждением сказанного выше.

Известна конструкция бесконтактного сварочного генератора [2], который 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.

Недостатком этого генератора является то, что в режиме холостого хода намагничивающий ток превышает номинальный в несколько раз.

Это связано с тем, что для обеспечения номинальной индукции в зазоре генератора в режиме XX требуется одно значение емкости конденсаторов, а в режиме К3 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. Применение быстродействующего регулятора реактивной мощности, способного решить эту проблему, приведет к значительному усложнению генераторной установки, уменьшит ее надежность и увеличит массу.

Прототипом предлагаемого изобретения является асинхронный сварочный генератор [3]. Этот генератор имеет две трехфазные обмотки на статоре. Одна обмотка является обмоткой возбуждения. К ее клеммам подключены конденсаторы возбуждения, которые обеспечивают работу генератора на холостом ходу и под нагрузкой. Другая обмотка является рабочей. Начала фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения шунтирующих конденсаторов и выпрямителя, к выходу которого подключен сварочный электрод, а концы фаз этой обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник.

Наличие компаундирующих конденсаторов позволяет уменьшить потери и повысить КПД за счет уменьшения размагничивающего действия сварочного тока рабочей обмотки.

Недостатками данного трехфазного асинхронного сварочного генератора является наличие двух обмоток на статоре, что, во-первых, усложняет конструкцию обмотки генератора, а, во-вторых, увеличивает электрические потери в обмотках статора при работе в режиме холостого хода.

Технический результат, который обеспечивает заявленное изобретение, заключается в использовании одной обмотки, что упрощает конструкцию генератора и снижает электрические потери в обмотке статора при работе в режиме холостого хода.

Указанный технический результат достигают 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, начала фаз которой имеют клеммы для подключения шунтирующих конденсаторов и выпрямителя со сварочным электродом в цепи постоянного тока, а концы фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник, причем трехфазные обмотки статора имеют одинаковое число витков, соединены параллельно, уложены в одни пазы и образуют одну общую обмотку на статоре, конденсаторы обмотки возбуждения и шунтирующие конденсаторы соединены параллельно и образуют батарею шунтирующих конденсаторов, фазы которой соединены в треугольник.

Электрическая схема трехфазного асинхронного сварочного генератора представлена на фиг.1. На фиг.2 представлены внешние характеристики, кривые электрических потерь заявленного генератора и прототипа.

Генератор имеет короткозамкнутый ротор 1 обычной конструкции (фиг.1). В пазы статора асинхронного сварочного генератора уложена одна трехфазная обмотка 2. К клеммам C₄, C₅, C₆ конца фаз этой обмотки подключены компаундирующие конденсаторы 3, соединенные в треугольник. К клеммам C₁, C₂, С₃ подключены шунтирующие конденсаторы

4, соединенные в треугольник, и трехфазный мостовой выпрямитель 5. К выходу выпрямителя подключен сварочный электрод 6.

Генератор работает следующим образом. При вращении ротора 1 приводным двигателем (двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель) остаточный поток наводит ЭДС в обмотке статора 2. Под действием этой ЭДС в компаундирующих 3 и шунтирующих 4 конденсаторах возникает емкостной ток, который, протекая по обмотке 2, увеличивает поле в зазоре, что в свою очередь приводит к увеличению ЭДС и т.д. Лавинообразный процесс нарастания ЭДС (процесс асинхронного самовозбуждения) завершается при насыщении генератора, когда он начинает работать в установившемся режиме с конденсаторным самовозбуждением. В режиме холостого хода на сварочном электроде устанавливается напряжение, которое пропорционально числу витков обмотки и величине емкости конденсаторов 3 и 4. При уменьшении сопротивления нагрузки возрастают токи в нагрузке, обмотке статора и компаундирующих конденсаторах, а ток в шунтирующих конденсаторах уменьшается. Последнее обусловлено тем, что нагрузка 6 и шунтирующие конденсаторы 4 соединены параллельно в отличие от компаундирующих конденсаторов 3, которые соединены последовательно с нагрузкой 6 и обмоткой статора 2. При этом реактивная мощность компаундирующих конденсаторов 3 увеличивается более интенсивно, чем снижается реактивная мощность шунтирующих конденсаторов 4. Благодаря этому генератор не теряет возбуждения и устойчиво работает в режиме сварки и технологических коротких замыканий.

Использование одной обмотки на статоре вместо двух является неоспоримым конструктивным достоинством предлагаемого генератора. Это связано с тем, что, во-первых, процесс изготовления и укладки двух отдельных обмоток в одни пазы более сложный, чем процесс изготовления и укладки одной обмотки. Во-вторых, с точки зрения техники безопасности, генераторная обмотка с высоким напряжением должна быть надежно изолирована от генераторной обмотки с низким напряжением, что требует дополнительных затрат на изоляцию. В-третьих, для каждой из двух обмоток статора прототипа требуется своя коробка ввода с соответствующими клеммами.

Что касается электрических потерь в статоре, то они пропорциональны активному сопротивлению. При одинаковых токах холостого хода (намагничивающих токах), числах витков, размерах паза и магнитной системы электрические потери в режиме холостого хода у предлагаемого решения меньше, чем у прототипа. Это связано с тем, что в первом случае ток протекает в обмотке, которая занимает весь паз, а во втором случае ток протекает в обмотке возбуждения, которая занимает только часть паза. Таким образом, сечение провода, в котором протекает ток холостого хода, в предлагаемом решении будет больше, а активное сопротивление и электрические потери в обмотке статора будут меньше, чем у прототипа.

Согласно расчету электрические потери в режиме холостого хода у прототипа составили 414 Bm, а у предлагаемого генератора - 139Bm.

Известно, что большинство сварочных генераторов, предназначенных для ручной дуговой электросварки штучным электродом, имеют номинальную относительную продолжительность нагрузки ПН=60%. Остальные 40% цикла генераторы работают в режиме холостого хода. Поэтому использование предлагаемого генератора, который имеет меньшие потери холостого хода, позволит получить экономию топлива, например, бензина, на котором работает двигатель внутреннего сгорания сварочного агрегата.

На рис.2 представлены результаты расчета внешних характеристик и электрических потерь в статоре прототипа (пунктирные линии) и предлагаемого решения (сплошные линии). Также представлена прямая линия, согласно которой связаны рабочее напряжение дуги и сварочный ток U_d=20+0,04·I_d [4].

Следует отметить, что при номинальном токе I_d=217A плотности тока в рабочей обмотке и обмотке возбуждения прототипа равны плотности тока в обмотке предлагаемого генератора, поэтому равны и электрические потери (смотри расчетные точки).

При расчете использовалась магнитная система и параметры обмоток двигателя серии 4A100L6. Следует отметить, что емкость конденсаторов подбиралась таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить равенство взаимной индуктивности обмоток у прототипа и у предлагаемого решения в режиме холостого хода, а с другой стороны имело место аналогичное равенство и при работе в номинальном режиме.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. 1798863 СССР, Н02К 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. Пат. №237406, ГДР, Н02К 47/10. Burstenijser schweib generator/JuIke Edmund, Dassel Jurgen; VEB Mansfeld - Kombinat Willielm Pick. ¹2763 853; Заявл. 16.05.85, опубл. 09.07.86.

3. Патент RU №2211519, Н02К 17/00, Н02P 9/46, В23К 9/00. Асинхронный сварочный генератор. /А-З.Р.Джендубаев. -№2001124752/09; Опубл. 27.08.03. Бюл. №24.

4. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие /Под ред. В.В.Смирнова. -Л.: Энергоатомиздат. 1986.

Claims (1)

1. Асинхронный сварочный генератор с двумя трехфазными обмотками на статоре, одна из которых - обмотка возбуждения - имеет клеммы для подключения конденсаторов возбуждения, другая является рабочей обмоткой, начала фаз которой имеют клеммы для подключения шунтирующих конденсаторов и выпрямителя со сварочным электродом в цепи постоянного тока, а концы фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник, отличающийся тем, что трехфазные обмотки статора имеют одинаковое число витков, соединены параллельно, уложены в одни пазы и образуют одну общую обмотку на статоре, конденсаторы обмотки возбуждения и шунтирующие конденсаторы соединены параллельно и образуют батарею шунтирующих конденсаторов, фазы которой соединены в треугольник.