Выпрямитель для дуговой сварки

Полезная модель относится к оборудованию для электродуговой сварки, в частности, к выпрямителям для дуговой сварки и может быть использована в качестве источника постоянного тока, обеспечивающего режимы ручной сварки покрытыми электродами, механизированной сварки в среде активных газов и сварки неплавящимся электродом в среде инертных газах, кроме того, выпрямитель может использоваться и в других случаях, когда необходимо обеспечить широкий диапазон плавного регулирования выпрямленных напряжения и тока. Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к расширению диапазона плавного регулирования при непрерывном токе, что позволяет существенно улучшить технические характеристики выпрямителя и обеспечить высокое качество сварки на малых токах. Выпрямитель для дуговой сварки (фиг.1), содержит трехфазный трансформатор 1 первичные обмотки 2, которого, подключаются к трехфазной сети, вторичные обмотки 3 соединены по схеме «звезда» и подключены к выпрямительному блоку 4, состоящему из шести тиристоров 5, 6, 7, 8, 9, 10 соединенных по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Отрицательный полюс выпрямительного блока 4 соединен с первым выводом датчика тока 11, второй вывод датчика тока 11 подключен к отрицательному внешнему зажиму 12 выпрямителя для дуговой сварки. Положительный полюс выпрямительного блока 4 подключен к первому выводу дросселя 13, а второй вывод дросселя 13 подключен к положительному внешнему зажиму 14 выпрямителя для дуговой сварки. Управляющие электроды тиристоров 5, 6, 7, 8, 9, 10 выпрямительного блока 4 подключены к схеме управления 15, которая соединена с трехфазной сетью АВС, блоком 16 настройки режимов сварочного процесса, датчиком тока 11 и датчиком напряжения 17, с целью расширения диапазона регулирования к общей точке соединения вторичных обмоток 3 трансформатора 1 подключается общая точка соединения катода диода 18 и анода диода 19. Анод диода 18 соединен с отрицательным полюсом выпрямительного блока 4, а катод диода 19 соединен с положительным полюсом выпрямительного блока 4. Ил.2 1п. ф-лы.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Полезная модель относится к оборудованию для электродуговой сварки, в частности, к выпрямителям для дуговой сварки и может быть использована в качестве источника постоянного тока, обеспечивающего режимы ручной сварки покрытыми электродами, механизированной сварки в среде активных газов и сварки неплавящимся электродом в среде инертных газах, кроме того, выпрямитель может использоваться и в других случаях, когда необходимо обеспечить широкий диапазон плавного регулирования выпрямленных напряжения и тока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство для сварки на постоянном токе, содержащее силовой трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с управляемым трехфазным силовым выпрямителем, минусовый вывод которого соединен с выводом силового дросселя, второй вывод силового дросселя соединен с минусовым выходом устройства и через резистивный делитель напряжения - с платой управления, как цепь обратной связи по напряжению, положительный вывод трехфазного силового выпрямителя через датчик тока соединен с положительным выходом устройства, датчик тока соединен с платой управления, как цепь обратной связи по току, при этом силовой трехфазный трансформатор выполнен с дополнительными обмотками, одна из которых подключена к схеме высоковольтной подпитки для обеспечения на выходе трехфазного силового выпрямителя высокого напряжения холостого хода, положительный вывод высоковольтной подпитки соединен с положительным выводом выпрямителя, а отрицательный вывод соединен с отрицательным выводом силового выпрямителя, другая дополнительная обмотка трансформатора подключена к плате управления для синхронизации импульсов управления силовыми тиристорами с сетью и питанием платы, еще одна дополнительная обмотка трансформатора соединена с низковольтным выпрямителем, положительный выход которого через дополнительный дроссель подсоединен к положительному выходу устройства, а отрицательный выход низковольтного выпрямителя подсоединен к отрицательному выходу устройства, дополнительная низковольтная обмотка силового трехфазного выпрямителя, низковольтный выпрямитель и дополнительный дроссель образуют низковольтную подпитку сварочной дуги (См. пат. RU, 37023, МПК В23К 9/00, опубл. 10.04.2004 г.).

К недостаткам устройства относится наличие цепи низковольтной подпитки сварочной дуги образованной дополнительной вторичной обмоткой трансформатора соединенной с дополнительным выпрямителем, который через дополнительный дроссель подключается к выходу устройства, это значительно усложняет и удорожает устройство, дополнительно снижая его эксплуатационную надежность в целом.

Известен источник питания для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащий основной источник постоянного тока, состоящий из вторичной обмотки силового трехфазного трансформатора, подключенного к ее входам полупроводникового тиристорного трехфазного выпрямителя, и сглаживающего дросселя, подключенного к одному из выходов трехфазного выпрямителя, и схему управления тиристорами трехфазного выпрямителя, отличающийся тем, что он имеет постоянно действующий дополнительный источник электрической энергии с напряжением 0,5-1,0 величины минимального напряжения горения дуги, состоящий из дополнительной обмотки упомянутого трехфазного трансформатора, неуправляемого дополнительного трехфазного выпрямителя, подключенного входами к ее выходам, и последовательно подсоединенного к одному из выходов неуправляемого дополнительного трехфазного выпрямителя дополнительного сглаживающего дросселя, при этом положительный полюс дополнительного источника электрической энергии подключен к положительному полюсу основного источника постоянного тока, а отрицательный полюс - к отрицательному полюсу основного источника постоянного тока (См. пат. RU 2220034, В23К 9/09, опубл. 27.12.2003).

К недостаткам известного источника питания для дуговой сварки является наличие прерывистых сварочных токов при углах управления тиристорным трехфазным выпрямителем более 60°, наличие дополнительного источника электрической энергии с напряжением 0,5-1,0 величины минимального напряжения горения дуги, что уменьшает диапазон сварочных токов источника, усложняет конструкцию источника и увеличивает стоимость.

Наиболее близким к заявляемому устройству является выпрямитель, содержащий трехфазный трансформатор, первичные обмотки, вторичные обмотки, выпрямительный блок, и внешние зажимы, при этом первичные обмотки подключены к трехфазной сети, а выпрямительный блок состоит из шести тиристоров соединенных по трехфазной мостовой схеме выпрямления, причем концы вторичных обмоток трансформатора соединены в общую точку, а начала вторичных обмоток подключены к входу выпрямительного блока (Милютин, B.C. Источники питания для сварки: учеб. пособие / B.C.Милютин, Н.М.Иванова. - Екатеринбург: Издательство Урал. Гос. Проф. - пед. Ун-та, 1997. 148 с.)

Недостатком известного сварочного трехфазного мостового выпрямителя является невозможности получения непрерывного сварочного тока при глубоком регулировании _y>60°, что сужает диапазон непрерывного сварочного тока, заставляя применять секционирование обмоток с соответствующими переключателями и использовать сглаживающие дроссели больших габаритов и массы.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к расширению диапазона плавного регулирования при непрерывном токе, что позволяет существенно улучшить технические характеристики выпрямителя и обеспечить высокое качество сварки на малых токах.

Технический результат достигается с помощью выпрямителя для дуговой сварки, содержащий трехфазный трансформатор, первичные обмотки, вторичные обмотки, выпрямительный блок, и внешние зажимы, при этом первичные обмотки подключены к трехфазной сети, а выпрямительный блок состоит из шести тиристоров соединенных по трехфазной мостовой схеме выпрямления, причем концы вторичных обмоток трансформатора соединены в общую точку, а начала вторичных обмоток подключены к входу выпрямительного блока, при этом он дополнительно снабжен дросселем, датчиком тока, датчиком напряжения, схемой управления, блоком настройки режимов сварочного процесса, и двумя последовательно соединенными диодами при этом отрицательный полюс выпрямительного блока соединен с первым выводом датчика тока, второй вывод датчика тока подключен к отрицательному внешнему зажиму, при этом положительный полюс выпрямительного блока подключен к первому выводу дросселя, а второй вывод дросселя подключен к положительному внешнему зажиму, а датчик напряжения подключен параллельно внешним зажимам, при этом управляющие электроды тиристоров выпрямительного блока подключены к схеме управления, которая соединена с трехфазной сетью, блоком настройки режимов сварочного процесса, датчиком тока и датчиком напряжения, а общая точка соединения двух последовательно соединенных диодов, соединена с общей точкой соединения вторичных обмоток трансформатора, анод одного из диодов соединен с положительным полюсом выпрямительного блока, а катод другого диода соединен с отрицательным полюсом выпрямительного блока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 показана структурная схема выпрямителя для дуговой сварки, общий вид.

На фиг.2, тоже, показаны временные диаграммы выпрямленного напряжения при углах управления 0_y30°.

На фиг.3, тоже, показаны временные диаграммы выпрямленного напряжения при углах управления 30°<_y<90°.

На фиг.4, тоже, показаны временные диаграммы выпрямленного напряжения при углах управления _y90°.

На фиг.5, тоже, показана регулировочная характеристика выпрямителя.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Выпрямитель для дуговой сварки (фиг.1), содержит трехфазный трансформатор 1 первичные обмотки 2, которого, подключаются к трехфазной сети, концы вторичных обмоток 3 трансформатора 1 соединены в общую точку, а начала вторичных обмоток 3 подключены к входу выпрямительного блока 4, состоящему из шести тиристоров 5, 6, 7, 8, 9, 10 соединенных по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Отрицательный полюс выпрямительного блока 4 соединен с первым выводом датчика тока 11, второй вывод датчика тока 11 подключен к отрицательному внешнему зажиму 12 выпрямителя для дуговой сварки. Положительный полюс выпрямительного блока 4 подключен к первому выводу дросселя 13, а второй вывод дросселя 13 подключен к положительному внешнему зажиму 14 выпрямителя для дуговой сварки. Управляющие электроды тиристоров 5, 6, 7, 8, 9, 10 выпрямительного блока 4 подключены к схеме управления 15, которая соединена с трехфазной сетью АВС, блоком 16 настройки режимов сварочного процесса, датчиком тока 11 и датчиком напряжения 17, с целью расширения диапазона регулирования к общей точке соединения вторичных обмоток 3 трансформатора 1 подключается общая точка соединения катода диода 18 и анода диода 19. Анод диода 18 соединен с отрицательным полюсом выпрямительного блока 4, а катод диода 19 соединен с положительным полюсом выпрямительного блока 4.

Выпрямитель для дуговой сварки работает следующим образом. При подключении первичных обмоток 2 трансформатора 1 к трехфазной сети в них наводятся напряжения, которые трансформируются во вторичную обмотку 3 трансформатора 1, выпрямляются тиристорами 5, 6, 7, 8, 9, 10 выпрямительного блока 4, далее выпрямленное напряжение через датчик тока 11 и дроссель 13 прикладывается к внешним зажимам 12, 14. Регулирование выпрямительного блока 4 за счет изменения угла управления тиристоров 5, 6, 7, 8, 9, 10 с помощью схемы управления 15 в зависимости от сигнала блока настройки режимов сварочного процесса 16 и сигналов с датчика тока 11 и датчика напряжения 17 позволяет получить внешние характеристики, необходимые для дуговой сварки. Расширение диапазона регулирования сварочного тока происходит за счет диодов 18, 19, общая точка соединения которых подключена к общей точке соединения вторичных обмоток 3 трансформатора 1. Анод диода 18 соединен с отрицательным полюсом выпрямительного блока 4, а катод диода 19 соединен с положительным полюсом выпрямительного блока 4. Рассмотрим работу выпрямителя для дуговой сварки в трех характерных интервалах угла управления тиристорами 5, 6, 7, 8, 9, 10 выпрямительного блока 4.

Интервал 1 - угол управления тиристорами выпрямительного блока 4 находится в пределах 0_y30° (фиг.2).

В промежутке времени (₁₁-₁₂) ток нагрузки проводят тиристоры 5 и 10. Через тиристор 5 и дроссель 13 положительное напряжение u _a подводится к положительному внешнему зажиму 14, а через тиристор 10 и датчик тока 11 отрицательное напряжение u_b , подводится к отрицательному внешнему зажиму 12. Выпрямленное напряжение u_d на промежутке времени (₁₁-₁₂) формируется из междуфазного напряжения u _ab.

В промежутке времени (₁₂-₁₃) выполняется неравенство напряжений u _ab<u_ac, следовательно, тиристор 10 запирается, и ток нагрузки проводят тиристоры 5 и 6. Через тиристор 5 и дроссель 13 положительное напряжение u_a подводится к положительному внешнему зажиму 14, а через тиристор 6 и датчик тока 11 отрицательное напряжение u_c подводится к отрицательному внешнему зажиму 12. Выпрямленное напряжение u_d на промежутке времени (₁₂-₁₃) формируется из междуфазного напряжения u _ac.

Дальнейшее формирование выпрямленного напряжения u_d происходит аналогично из огибающих мгновенных значений напряжений u_bc, u_ba, u_ca , u_cb. Для интервала 1 уравнение регулировочной характеристики имеет вид

.

Интервал 2 - угол управления тиристорами выпрямительного блока 4 изменяется в пределах 30°<_y<90° (фиг.3).

В промежутке времени (₂₁-₂₂) ток нагрузки проводят тиристоры 5 и 10. Через тиристор 5 и дроссель 13 положительное напряжение u _a подводится к положительному внешнему зажиму 14, а через тиристор 10 и датчик тока 11 отрицательное напряжение u_b , подводится к отрицательному внешнему зажиму 12. Выпрямленное напряжение u_d на промежутке времени (₂₁-₂₂) формируется из междуфазного напряжения u _ab.

В промежутке времени (₂₂-₂₃) выполняется неравенство напряжений u _ab<u_a, следовательно, тиристор 10 запирается. Ток нагрузки в этом промежутке одновременно проводят тиристор 5 и диод 18. Положительное напряжение u_a, подается через тиристор 5 и дроссель 13 к положительному внешнему зажиму 14, а через диод 18 и датчик тока 11 к отрицательному внешнему зажиму 12 подается нулевой потенциал общей точки вторичных обмоток 3. Выпрямленное напряжение u_d на промежутке времени (₂₂-₂₃) формируется из фазного напряжения u _a.

В промежутке времени (₂₃-₂₄) выполняется неравенство напряжений u _a<u_ac, следовательно, диод 18 запирается, и ток нагрузки проводят тиристоры 5 и 6. Через тиристор 5 и дроссель 13 положительное напряжение u_a подводится к положительному внешнему зажиму 14, а через тиристор 6 и датчик тока 11 отрицательное напряжение u_c подводится к отрицательному внешнему зажиму 12. Выпрямленное напряжение u_d на промежутке времени (₂₃-₂₄) формируется из междуфазного напряжения u _ac.

В промежутке времени (₂₄-₂₅) выполняется неравенство напряжений u _ac<u_c, следовательно, тиристор 5 запирается. Ток нагрузки в этом промежутке одновременно проводят тиристор 6 и диод 19. Отрицательное напряжение u_c, подается через тиристор 6 и датчик тока 11 к отрицательному внешнему зажиму 12, а через диод 19 и дроссель 12 к положительному внешнему зажиму 14 и подается нулевой потенциал общей точки вторичных обмоток 3. Выпрямленное напряжение u_d на промежутке времени (₂₄-₂₅) формируется из фазного напряжения u _c. Дальнейшее формирование выпрямленного напряжения u _d происходит аналогично из огибающих мгновенных значений напряжений u_bc, u_b, u_ba, u _a, u_ca, u_c, u_cb. Для интервала 2 уравнение регулировочной характеристики имеет вид

.При критическом для мостовой схемы выпрямления значении угла управления _y.kp60° мгновенное значение выпрямленного напряжения равнялось бы нулю, а при использовании диодов 18, 19 оно составляет

.

Это расширяет диапазон регулирования выпрямителя для дуговой сварки и повышает стабильность течения сварочного процесса, особенно при углах управления 60°<_y<90°.

Интервал 3 - угол управления тиристорами выпрямительного блока 4 составляет, _y90° (фиг.4) и выпрямленное напряжение полностью формируется из фазных напряжений.

В промежутке времени (₃₁-₃₂) выполняется неравенство напряжений u _ab<u_a, следовательно, тиристор 10 заперт. Ток нагрузки в этом промежутке одновременно проводят тиристор 5 и диод 18. Положительное напряжение u_a, подается через тиристор 5 и дроссель 13 к положительному внешнему зажиму 14, а через диод 18 и датчик тока 11 к отрицательному внешнему зажиму 12 подается нулевой потенциал общей точки вторичных обмоток 3. Выпрямленное напряжение u_d на промежутке времени (₃₁-₃₂) формируется из фазного напряжения u _a.

В промежутке времени (₃₂-₃₃) выполняется неравенство напряжений u _ac<u_c, следовательно, тиристор 5 запирается. Ток нагрузки в этом промежутке одновременно проводят тиристор 6 и диод 19. Отрицательное напряжение u_c, подается через тиристор 6 и датчик тока 11 к отрицательному внешнему зажиму 12, а через диод 19 и дроссель 13 к положительному внешнему зажиму 14 и подается нулевой потенциал общей точки вторичных обмоток 3. Выпрямленное напряжение u_d на промежутке времени (₃₂-₃₃) формируется из фазного напряжения u _c.

Дальнейшее формирование выпрямленного напряжения u_d происходит аналогично из фазного напряжения u_b. Для интервала 3 уравнение регулировочной характеристики имеет вид

.

Регулировочная характеристика выпрямителя приведена на фиг.5, пунктиром показана характеристика, имевшая место без диодов 18, 19.

Полезная модель по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

- выпрямитель обеспечивает расширение диапазона плавного регулирования в режимах ручной сварки покрытыми электродами, механизированной сварки в среде защитных газов и сварки неплавящимся электродом в инертных газах;

- простота технического решения позволяет использовать его в любых управляемых выпрямителях без изменения их конструкции, схемы соединения различных элементов, и введения дополнительной коммутационной аппаратуры.

Выпрямитель для дуговой сварки, содержащий трехфазный трансформатор, первичные обмотки, вторичные обмотки, выпрямительный блок и внешние зажимы, при этом первичные обмотки подключены к трехфазной сети, а выпрямительный блок состоит из шести тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме выпрямления, причем концы вторичных обмоток трансформатора соединены в общую точку, а начала вторичных обмоток подключены к входу выпрямительного блока, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен дросселем, датчиком тока, датчиком напряжения, схемой управления, блоком настройки режимов сварочного процесса и двумя последовательно соединенными диодами, при этом отрицательный полюс выпрямительного блока соединен с первым выводом датчика тока, второй вывод датчика тока подключен к отрицательному внешнему зажиму, при этом положительный полюс выпрямительного блока подключен к первому выводу дросселя, а второй вывод дросселя подключен к положительному внешнему зажиму, а датчик напряжения подключен параллельно внешним зажимам, при этом управляющие электроды тиристоров выпрямительного блока подключены к схеме управления, которая соединена с трехфазной сетью, блоком настройки режимов сварочного процесса, датчиком тока и датчиком напряжения, а общая точка соединения двух последовательно соединенных диодов, соединена с общей точкой соединения вторичных обмоток трансформатора, анод одного из диодов соединен с положительным полюсом выпрямительного блока, а катод другого диода соединен с отрицательным полюсом выпрямительного блока.