Выпрямитель для дуговой сварки

Выпрямитель для дуговой сварки

Реферат

 

Изобретение относится к дуговой сварке тонким плавящимся электродом с питанием от однофазной и трехфазной сети. Цель изобретения - улучшение технологических характеристик, упрощение конструкции. Силовой трансформатор выпрямителя выполнен с вторичной обмоткой, состоящей из основной секции (ОС) и дополнительной секции (ДС). Цепь ОС выполнена с повышенным индуктивным сопротивлением. ДС выполнена с выходным напряжением, меньшим суммы анодного и катодного потенциала дуги, и с минимальным рассеянием. Первичная обмотка может быть выполнена из двух секций. Первая секция размещена на одном сердечнике с ОС вторичной обмотки с повышенным рассеянием, а вторая расположена с ДС вторичной обмотки с минимальным рассеянием. В контур ОС вторичной обмотки или первой секции первичной обмотки включено устройство для создания падающей внешней характеристики. Последовательно с первой секцией первичной обмотки включен дроссель и они оба включены параллельно с второй секцией первичной обмотки. В цепи выпрямленного тока ОС и ДС вторичной обмотки встречно включены катушки индуктивности с отношением индуктивности в цепи основной обмотки к индуктивности в цепи дополнительной обмотки от 0,05 до 0,7. При работе выпрямителя обеспечивается повышение скоростей нарастания и амплитуд токов при коротких замыканиях дуги каплями электродного металла, уменьшается разброс абсолютных значений этих параметров и обеспечивается получение комбинированной внешней характеристики. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам питания для дуговой сварки. Цель изобретения повышение стабильности процесса дуговой сварки тонкой проволокой в защитных газах, парах, под водой, без дополнительной защиты дуги и других видов дуговой сварки, уменьшение разбрызгивания, экономия сварочных материалов и электроэнергии, а также повышение производительности за счет уменьшения разброса скоростей нарастания и амплитудных значений тока короткого замыкания при переходе капель с электрода в ванну на свариваемом изделии и создания комбинированной внешней характеристики. На фиг. 1 приведена внешняя комбинированная характеристика выпрямителя (U_н напряжение нагрузки; I_н ток нагрузки; I_св - сварочный ток); на фиг. 2-7 принципиальные электрические схемы выпрямителя. В первом варианте реализации (фиг. 2а) предлагаемый выпрямитель состоит из силового понижающего трансформатора 1 с первичной 2 обмоткой и двумя секциями вторичной обмотки: основной 3 и дополнительной 4, включенными последовательно. Для регулирования напряжения холостого хода основная секция вторичной обмотки или первичная обмотка выполняются с отпайками. Выпрямление тока основной секции производится через основной полупроводниковый вентильный блок 5, в дополнительной секции через дополнительный полупроводниковый вентильный блок 6. Для получения повышенного индуктивного сопротивления в цепи основной секции вторичной обмотки в цепь выпрямленного тока этой обмотки устанавливают индуктивное сопротивление 7 или повышенное индуктивное сопротивление получают за счет повышенного рассеяния путем размещения основной секции вторичной обмотки 3 на расстоянии от первичной обмотки 2, либо за счет других известных приемов. В другом варианте исполнения (фиг. 2б) в цепи выпрямленного тока основной и дополнительной секции вторичной обмоток встречно включены катушки индуктивных сопротивлений 8 и 9 так, что их магнитные потоки направлены встречно. Соотношение индуктивных сопротивлений этих катушек L_о/L_д=0,05-0,7, (где L_о и L_д индуктивные сопротивления в целях основной и дополнительной секций вторичной обмотки соответственно). В третьем варианте реализации (фиг. 3) основная и дополнительная секции вторичной обмотки выполнены каждая из двух обмоток: основная обмотки 10 и 11 и дополнительная обмотки 12 и 13. При этом каждая пара с одинаковым числом витков. Начала обмоток 12 и 13 соединены и выведены на первый общий вывод выпрямителя. Концы этих обмоток через полупроводниковые вентили 14 и 15 выведены на второй общий выход выпрямителя. Обмотки основной секции вторичной обмотки 10 и 11 включены последовательно с обмотками 12 и 13 дополнительной секции и через полупроводниковые вентили 16 и 17 и индуктивное сопротивление 7 выведены на второй общий выход выпрямителя. Обмотки 10 и 11 могут быть выполнены с повышенным рассеянием и в их цепь выпрямленного тока индуктивное сопротивление 7 может быть не включено. В варианте реализации, приведенном на фиг. 4, первичная обмотка трансформатора выполнена из двух секций 18 и 19, при этом первая секция 18 размещена на одном сердечнике с обмотками 10 и 11 основной секции вторичной обмотки с повышенным рассеянием, а вторая секция 19 размещена с обмотками 1 и 13 дополнительной секции вторичной обмотки с минимальным рассеянием. В другом варианте реализации (фиг. 5) выпрямитель состоит из тех же элементов, но последовательно в цепь выпрямленного тока основных секций вторичной обмотки 10 и 11 включено дополнительное устройство 20 для создания падающей внешней характеристики, которое может быть выполнено в виде активного сопротивления, в виде транзисторов или тиристоров с блоками управления, одновременно совмещающих функцию выпрямительных блоков 16 и 17. В варианте реализации, показанном на фиг. 6, последовательно с первой секций 18 первичной обмотки трансформатора включен дроссель 21, при этом обмотка 18 и дроссель 21 включены параллельно с обмоткой 19. Выпрямитель в вариантах исполнения с двумя секциями первичной обмотки может работать от трехфазной сети переменного тока. Для этого обмотки 18 и 19 включают последовательно и все три вывода подключают к фазам А, В и С сети переменного тока (фиг. 7). Работа выпрямителя при сварке происходит следующим образом. К выходным клеммам выпрямителя подключается изделие 22 и электродная проволока 23 (фиг. 2-7). Перед началом сварки разрядный промежуток между электродом 23 и изделием 2 разомкнут. При подключении первичной обмотки 2 трансформатора 1 к питающей сети на вентиле 5 и 6 (фиг. 2) или 14, 15, 16 и 17 (фиг. 3-7) подается напряжение от соответствующих секций вторичной обмотки. Напряжение на выходных клеммах выпрямителя будет равно напряжению холостого хода с основных блоков вентилей 5 (на фиг. 2) и 16 и 17 (на фиг. 3-7). Дополнительные вентильные блоки 6 (на фиг. 2) или 14 и 15 (на фиг. 3-7) при этом заперты. В момент короткого замыкания электродной проволоки 23 с изделием 22 напряжение на разрядном промежутке и клеммах выпрямителя падает до напряжения короткого замыкания. В этот момент дополнительные вентильные блоки 6 (на фиг. 2) или 14 и 15 (на фиг. 3-7) открываются и обе секции: основная 3 (на фиг. 2) или 10 и 11 (на фиг. 3-7) и дополнительная 4(на фиг. 2) или 12 и 13 (на фиг. 3-7) работают на нагрузку. При этом ток в общей цепи выпрямителя и электродной проволоки 23 будет равен сумме токов короткого замыкания основной и дополнительной секций вторичной обмотки трансформатора. Под действием этого тока происходит разогрев проволоки и ее перегорание. В этот момент зажигается дуга 24. Поскольку напряжение на клеммах дополнительных обмоток 4 (на фиг. 2) и 12 и 13 (на фиг. 3-7) задано ниже суммы анодного и катодного потенциала дуги, то при зажигании дуги вентиля дополнительного блока 6 (на фиг. 2) или 14 и 15 (на фиг. 3-7) закрываются. Дуга горит при напряжении U_Д (фиг. 1), задаваемом секциями вторичной обмотки трансформаторов 3 и 4 (на фиг. 2) или 10 и 12, 11 и 13 (на фиг. 3-7) и сопротивлением их цепей. Благодаря наличию в этих цепях повышенного сопротивления внешняя характеристика выпрямителя в это время падающая (на фиг. 1 участок 1). Под действием тепла дуги электродная проволока и изделие расплавляются. На электроде образуется капля, которая переходит в шов при коротком замыкании разрядного промежутка. В момент короткого замыкания напряжение на клеммах выпрямителя снижается. При значениях напряжения меньших, чем напряжение на выходах дополнительных секций вторичной обмотки, на фиг. 1 соответствует напряжениям меньше U_A, вентили дополнительных блоков 6 (на фиг. 2) или 14 и 15 (на фиг. 3-7) открываются автоматически и ток в общей цепи выпрямителя и цепи сварки резко увеличивается, ускоряя переход капли с электрода на изделие. Внешняя характеристика выпрямителя в это время пологоподающая (участок II на фиг. 1). Под действием постоянного тока короткого замыкания между каплей и электродом быстро образуется шейка, которая перегорает. В этот момент снова зажигается дуга. Напряжение увеличивается до напряжения горения дуги U_Д. При повышении напряжения выше U_А вентили 6 (фиг.2) и 14 и 15 (на фиг. 3-7) автоматически запираются и дуга горит снова на падающей части внешней характеристики выпрямителя. В дальнейшем весь цикл работы выпрямителя повторяется. При включении в цепь выпрямленного тока основной секции вторичной обмотки активного сопротивления 20 (фиг. 5) или при создании между обмотками 10-11 и 18 (фиг. 4) повышенного рассеяния, либо при включении последовательно с обмоткой 18 дросселя 21 (фиг. 6), то в периоды горения дуги в контуре основной секции вторичной обмотки вследствие повышения сопротивления формируется падающая внешняя характеристика (на фиг. 1 участок 1). В остальном выпрямителе в этих вариантах работают так, как было описано выше. Благодаря горению дуги на падающей части внешней характеристики шов формируется более широким с меньшим усилием, что позволяет вести сварку с большими скоростями и обеспечивает экономию сварочных материалов, за счет уменьшения усиления шва. Работа выпрямителя в случае выполнения первичной обмотки из двух секций 18 и 19 (фиг. 6) с включением последовательно с секцией 18 дросселя 21 происходит с изменением полярности тока в обмотке дросселя 21, что позволяет уменьшить сечение сердечника и уменьшить габариты дросселя по сравнению со случаем, когда индуктивное сопротивление 7 включено в цепь выпрямленного пульсирующего тока (фиг. 2,3 и 5). Работа выпрямителя с первичной обмоткой, выполненной из двух секций, включенных последовательно и подключенных к трем фазам сети переменного тока (фиг. 7), происходит таким образом, как описано выше. Однако благодаря сдвигу напряжения в фазах пульсация выпрямленного напряжения меньше, чем при питании от однофазной сети, соответственно, уменьшается разница между скоростями нарастания и величинами тока короткого замыкания при отдельных коротких замыканиях дуги каплями электродного металла. При включении в цепи выпрямленного тока основной и дополнительной секций вторичной обмотки отдельных катушек индуктивности 8 и 9 встречно в периоды горения дуги, когда вентили 6 (на фиг. 2) или 14 и 15 (на фиг. 3-7) заперты, работает только катушка 8, обеспечивая уменьшение пульсаций напряжения и сдвиг по фазе между напряжением т током. В периоды коротких замыканий дуги открываются вентили 6 (фиг.2) или 14 и 15 (фиг. 3-7) и по катушке 9 протекает ток, сдвинутый по фазе от тока в катушке 8. В результате магнитный поток в катушке 8 и ее индуктивное сопротивление уменьшаются и скорость нарастания тока короткого замыкания увеличивается, что ускоряет переход капли в ванну. При достижении максимального значения тока в катушке 9 магнитный поток в ней уменьшается, соответственно увеличивается магнитный поток в катушке 8, ее индуктивное сопротивление увеличивается и скорость увеличения тока короткого замыкания уменьшается. В результате перегорание шейки происходит при значительно меньшем токе короткого замыкания, чем в варианте с одной катушкой (фиг. 2а). Соответственно разбрызгивание при наличии двух катушек 8 и 9 меньше, чем при одной катушке. Экспериментами установлено, что уменьшение разбрызгивания наблюдается в диапазоне отношений индуктивности в цепи основных секций вторичной обмотки L_О к индуктивности в цепи дополнительных секций L_Д вторичной обмотки, равных L_О / L_Д=0,05-0,7. При отношениях L_О/L_Д=0,04 и меньше наблюдается увеличение скоростей нарастания тока короткого замыкания в самом начале короткого замыкания. Возникающие электродинамические силы препятствуют слиянию капли с ванной. Время перехода капли в шов увеличивается. Это затрудняет выполнение сварки вертикальных швов, увеличивает разбрызгивание. При соотношениях индуктивностей L_О/L_Д=0,8 и выше скорость нарастания тока короткого замыкания на клеммах выпрямителя уменьшается. В результате уменьшается скорость перехода капли с электрода в ванну. Это также затрудняет выполнение сварки вертикальных швов и увеличивает разбрызгивание. По сравнению с прототипом данный выпрямитель обеспечивает меньший разброс скоростей нарастания и величин тока короткого замыкания при переходе капель с электрода в ванну на изделии, что значительно повышает стабильность процесса сварки тонкой проволокой в CO₂, улучшает внешний вид швов и уменьшает разбрызгивание. Предлагаемый выпрямитель намного проще по устройству и в эксплуатации по сравнению с выпрямителем, содержащим машину постоянного тока или батарею конденсаторов. Выпрямитель обеспечивает возможность сварки в защитных газах и без защиты дуги тонкой проволокой, обладающей более высокими технологическими характеристиками, чем ручная дуговая сварка с питанием от серийных выпрямителей типа "Универсал".

Формула изобретения

1. Выпрямитель для дуговой сварки, содержащий понижающий силовой трансформатор, вентильные блоки и индуктивное сопротивление, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности дуговой сварки, уменьшения разбрызгивания, экономии сварочных материалов и электроэнергии, а также повышения производительности, вторичная обмотка силового трансформатора выполнена из основной и дополнительной секций, включенных последовательно, цепь основной секции выполнена с повышенным индуктивным сопротивлением, дополнительная секция выполнена с минимальным рассеянием и выходным напряжением меньше суммы анодного и катодного потенциалов дуги, начало дополнительной секции и конец основной секции соединены через основной полупроводниковый вентильный блок с выходом выпрямителя, дополнительная секция вторичной обмотки соединена через дополнительный полупроводниковый вентильный блок с выходом выпрямителя параллельно основному вентильному блоку. 2. Выпрямитель по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, первичная обмотка силового трансформатора выполнена из двух секций, при этом первая секция размещена на одном сердечнике с основной секцией вторичной обмотки с повышенным рассеянием, а вторая секция первичной обмотки расположена с дополнительной секцией вторичной обмотки с минимальным рассеянием. 3. Выпрямитель по п.1, отличающийся тем, что, с целью улучшения формирования шва, последовательно с основной секцией вторичной обмотки включено активное сопротивление. 4. Выпрямитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью улучшения формирования шва, в контур первой секции первичной обмотки включен дроссель. 5. Выпрямитель по п.4, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, первая секция первичной обмотки и дроссель соединены последовательно и подключены параллельно к второй секции первичной обмотки трансформатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2002

Извещение опубликовано: 20.04.2002