Источник питания в установках для плазменно-дуговой обработки

Источник питания в установках для плазменно-дуговой обработки

Реферат

 

Использование: изобретение относится к плазменно-дуговой обработке. Сущность изобретения: в источнике питания магнитопровод выполнен в форме 2n-гранной призмы /n= 2, 3, 4/, на боковых ребрах которой параллельно оси призмы расположены катушки. При этом выходное напряжение выпрямителя катушки поджига превышает напряжение силовой обмотки. 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для дуговой сварки, также может использовано для питания установок, работающих на постоянном токе.

Общеизвестно, что падение напряжения между электродами при горении дуги во время сварки составляет около 30 В, а величина и форма тока зависят от параметров, определяющих качество сварочного шва. Но следует заметить, что в начальный момент возникновения дуги разность потенциалов между электродом и свариваемыми деталями должна быть около 60 В, как необходимое условие для возникновения искрового разряда /1/. Выполнение этих условий налагает на конструкцию сварочного трансформатора определенные требования: выполнить сварочный трансформатор с мягкой характеристикой или с дополнительной обмоткой поджига.

Для решения такой технической задачи, как правило, используют трансформатор с нормальной индуктивностью рассеяния, выпрямитель и стабилизирующий дроссель в сварочной цепи. Но в этом случае КПД низок и не превышает 0,5. Другое решение заключается в том, что параллельно сварочной цепи включают дополнительную цепь поджига /2/. Некоторое расширение возможностей данного предложения рассматривается в аналоге /3/. В котором "первая вторичная обмотка размещена в зоне большого магнитного рассеяния". Но такое выполнение приводит к частному решению задачи. Так как последовательное соединение силовой обмотки с конденсаторами и с жесткой связью с первичной обмоткой вызывает необходимость иметь большую величину емкости C для пропускания большого сварочного тока /а значит увеличивает массогабаритные характеристики/. С другой стороны вторая обмотка, которая имеет с первичной обмоткой мягкую связь, обладает большой степенью рассеяния магнитного потока, что сильно отражается на КПД. А также заметим, что напряжение x.x. в этих обмотках одинаковы, а значит и мощности выделяемые в рабочем режиме в обмотках одинаковы.

Целью изобретения является снижение массогабаритных характеристик с одновременным повышение КПД.

Задача решается путем выполнения магнитопровода трансформатора в форме 2-n гранной призмы /n= 2, 3, 4./, на боковых ребрах которой параллельно оси расположены катушки, при этом выходное напряжение второго выпрямителя превышает напряжение первого. Благодаря такому выполнению магнитопровода трансформатора появляется возможность уменьшить диаметр катушек и, как следствие, при оптимальном числе витков в обмотках длина намоточного провода становится короче. Кроме того, значительно улучшается теплоотвод с катушек, что увеличивает срок работы и повышает надежность устройства. В технологии производства таких трансформаторов также наблюдаются преимущества: производить намотку катушек тонким проводом технологичней, кроме того, с укорочением длины намоточного провода появляется экономия исходного сырья /провода, изоляции/. Следует отметить, что предлагаемая форма магнитопровода ни в коей мере не нарушает главных аспектов трансформирования электрической энергии. Конструкция магнитопровода такова, что выполнены основные условия: замкнутость и отсутствие встречных магнитных потоков в поперечном сечении любого места магнитопровода. Из этих условий вытекает порядок соединения между собой как первичных, так и вторичных обмоток. Таким образом, направления магнитных потоков в местах нахождения катушек, рядом расположенных, противоположно относительно оси призмы.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 приведена электрическая схема источника питания; на фиг. 2 4 показаны возможные положения подвижных контактов для различных режимов работы; на фиг. 5 изображены графики напряжений x.x. и тока нагрузки; на фиг. 6 показан эскиз магнитопровода с катушками.

Поясним сущность предлагаемого решения. С целью получения высокого КПД предлагается выполнить трансформатор с жесткой характеристикой. Круто падающая же характеристика на ее начальном участке обеспечивается напряжением x. x. обмотки поджига, превышающем напряжение горения дуги. Для ограничения тока в рабочем режиме в цепи поджига служит конденсатор с емкостью C. При таком исполнении устройства в момент случайного прерывания дуги условия для поддержания искрового разряда не нарушаются.

Рассмотрим электрическую схему. Источник питания, принципиальная схема которого приведена на фиг. 1, состоит из трансформатора, вентильных выпрямителей и переключателя. Магнитопровод, состоящий из "элементарных" магнитопроводов 1 /фиг.1, 6/, выполнен в форме 2n-гранной призмы, на боковых ребрах которой расположены катушки, имеющие каждая первичные 2 обмотки, две силовые обмотки основные 3, добавочные 5 и обмотки поджига 4. Вентильный выпрямитель 6 включен в цепь силовых обмоток, а вентильный выпрямитель 7 включен с обмотками поджига 4 и конденсатором 8 последовательно. Клеммы 9 служат для подачи входного напряжения, а клеммы 10 для подключения нагрузки. Переключатель 11 содержит неподвижные контакты 12 15, к которым подсоединены соответственно выводы силовых обмоток. Так клеммы 12 соединены с первыми выводами параллельно соединенных добавочных обмоток 5, клеммы 13 с вторыми выводами этих же обмоток. Клеммы 15 соединены со вторыми параллельно соединенными выводами основных обмоток 3, а их первые с одним из входов вентильного выпрямителя 6, второй вход которого соединен с клеммой 14. Выходы вентилей 6 и 7 соединены параллельно и подключены к выходным клеммам 10, переключатель 11 содержит пять подвижных контактов 16 20 /фиг. 2 4/, которые выполнены таким образом, что в одном из положений /фиг. 2/ контакты 16 замыкают пару клемм 15 и 13, а 17 12 и 14. В этом положении переключателя вход вентильного выпрямителя 6 соединен с последовательно включенными основной 3 навстречу добавочной 5 силовыми обмотками. В положении переключателя, когда подвижный контакт 18 /фиг. 3/ перемыкает клеммы 14 и 15, входы вентильного выпрямителя 6 соединены с параллельно включенными основными силовыми обмотками 3. Соединяя клеммы 13 и 14, 12 и 15 подвижными контактами 20 и 19 соответственно /фиг. 4/, реализуется последовательное включение силовых обмоток 3 и 5.

Источник питания работает следующим образом. При подаче на входные клеммы 9 сетевого напряжения по первичным обмоткам 2 без нагрузки протекает ток x. x. Он индуцирует магнитный поток в "элементарных" магнитопроводах 1, который в свою очередь наводит ЭДС в обмотках 4, 3, 5. На переключателе 11 с помощью подвижных контактов 16 20 /фиг. 1 4/ и неподвижных контактов 12 15 имеется возможность подавать на выходные клеммы 10 разной величины напряжение, которое реализуется в результате возможных вариантов коммутационных соединений силовых обмоток 5 и 3. В первом положении переключателя 11 /минимальный режим/ подвижные контакты 16 и 17 соединяют клеммы 13 и 15, 12 и 14. Силовые обмотки 3 и 5 включены встречно. Переменное напряжение на выходе выпрямителя 6 минимальное. Вентили этого выпрямителя в режиме x.x. находится в закрытом состоянии более высоким напряжением выпрямителя 7. В начальный момент работы возникает искровой разряд, обусловленный высоким напряжением выпрямителя 7, а затем зажигается дуга, включается в работу вентильный выпрямитель 6 и силовые обмотки подпитывают энергией дугу. Электроемкость C конденсатора 8 в цепи обмотки поджига сдвигает фазу напряжения 22 /фиг 6а/ относительно фазы напряжения силовых обмоток 23 на четверть периода. В результате суммирования ток нагрузки 24 /фиг. 6б/, т.е. ток дуги, в минимальном своем значении будет больше нулевой величины, и условия возникновения искрового разряда будут оптимальными. Во втором положении переключателя 11, когда подвижный контакт 18 подключает к силовому выпрямителю только основные обмотки 3 получается средний режим сварки. В третьем положении переключателя 11 с помощью подвижных контактов 19 и 20 производится коммутация клемм 13 и 14 и 12 и 15 таким образом, что напряжение основной 3 и добавочной 5 обмоток суммируются на выходе выпрямителя 6. В этом положении ток максимальный, осуществляется режим сварки толстым электродом или резка металла.

Примером конкретного исполнения устройства может служить 4-катушечный трансформатор на 220 В, магнитопровод которого собран из Г-образных пластин, имеет форму 4 гранной призмы с поперечным сечением 18 см² в каждом из четырех боковых ребер. Первичные и силовые обмотки намотаны медным проводом диаметром 2,24 мм. Обмотка поджига выполнена медным проводом диаметром 1 мм. В качестве выпрямителей использовались диоды типов Д-160 и Д-10, конденсатор типа МБГ на 20 мкФ 2 шт.

Также был выполнен макет трансформатора с шестью катушками, а магнитопровод выполнен в форме 6-гранной призмы с поперечным сечением 18 см² в каждом из шести боковых ребер. Первичные обмотки намотаны проводом диаметром 1,5 мм, силовые диаметром 2,5, обмотки поджига диаметром 0,5 мм. Трансформатор, выполненный в таком исполнении, имеет дополнительное преимущество: его можно включать как в сеть однофазного тока, так и в сеть трехфазного тока. При включении трансформатора в сеть однофазного тока первичные обмотки попарно соединяются последовательно и три пары параллельно, а вторичные силовые обмотки соединяются в необходимую комбинацию параллельно-последовательную цепь.

Если возникает необходимость включить трансформатор в сеть 3-фазного тока, то каждая последовательно соединенная пара первичных и силовых обмоток соединяются "звездой", и трансформатор используется по обычной схеме 3-фазного трансформатора. Следует заметить, что такими свойствами /возможность использовать трансформатор в одно- или трехфазных сетях переменного тока/ обладают трансформаторы с числом боковых ребер магнитопровода кратных трем /n= 3, 6, 9./.

Формула изобретения

Источник питания в установках для плазменно-дуговой обработки, содержащий трансформатор, состоящий из магнитопровода и катушек, два выпрямителя и конденсатор, причем катушки состоят из первичных обмоток, вторичных силовых обмоток и вторичных обмоток цепи поджига, при этом вторичные силовые обмотки соединены с первым выпрямителем, а вторичные обмотки цепи поджига включены последовательно с конденсатором и соединены с вторым выпрямителем, причем выходы выпрямителей соединены параллельно, отличающийся тем, что магнитопровод трансформатора выполнен в виде (2 n)-гранной призмы (n 2, 3, 4. ), на боковых ребрах которой параллельно оси призмы расположены катушки, при этом число витков во вторичной обмотке цепи поджига превышает число витков во вторичной силовой обмотке.

РИСУНКИ

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