Зварювальне джерело живлення постійного струму

Зварювальне джерело живлення постійного струму, що містить два однофазних двостержневих трансформатори, кожний з яких має первинну обмотку, розміщену на одному стержні, та вторинну обмотку , що підключається до схеми випрям 3 Недоліком цього зварювального джерела є низька якість зварювання, з причини низької стабільність горіння дуги, яка пов'язана з відсутністю фазових зсувів напруги змінного струму в колах живлення мостових схем випрямлячів. Це приводить до того, що випрямлена напруга на вихідних клемах змінюється від максимального значення до нуля з частотою 100Гц (рівень пульсації випрямленої напруги на вихідних клемах досягає 100%). За прототип корисної моделі, що пропонується, прийняте зварювальне джерело постійного струму, до складу якого входить декілька модулів, кожний з яких складається з однофазного двох стержневого зварювального трансформатора, первинна обмотка якого розміщуються на одному стержні та підключаються до фазової або лінійної напруги мережі живлення (фаза - нуль, фаза - фаза), а вторинна обмотка розміщуються на другому стержні та підключаються до мостової схеми випрямляння через ємнісний реактор; всі додатні виходи схем випрямляння підключаються до однієї з вихідних клем, а від'ємні - до другої. Зварювальний проміжок підключається паралельно вихідним клемам джерела. [Коротынский А.Е. Улучшение энергетической эффективности резонансных сварочных источников, выполненных на основе модульных структур //Автомат. Сварка. - 2004. - №2. - С.38-41.]. Модулі джерела - прототипу, кількість включених модулів визначають величину зварювального струму, підключається до однофазної фазової або лінійної напруги мережі живлення. Напруги вторинних обмоток через конденсатори ємнісних реакторів надходить до мостових схем випрямляння, на спільних виходах яких, встановлюється напруга постійного струму, яка ініціює та підтримує електричну дугу в зварювальному проміжку, підключеному до вихідних клем джерела. Недоліком цього зварювального джерела живлення постійного струму є низька якість зварювання, причиною якої є: - низька стабільність горіння дуги яка пов'язана з відсутністю фазових зсувів напруги змінного струму в колах живлення мостових схем випрямляння окремих модулів. Це приводить до того, що випрямлена напруга на вихідних клемах змінюється від максимального значення до нуля з частотою 100Гц (рівень пульсації випрямленої напруги на вихідних клемах досягає 100%); - значні витрати, в кількості чотири напівпровідникових силових випрямляючих діоди на один модуль, активних елементів. В основу корисної моделі, що пропонується, поставлена задача підвищення якості зварювання та зниження матеріалоємності. Поставлена задача корисної моделі вирішується, за рахунок того, що в зварювальному джерелі постійного струму, що містить два однофазних двохстержневих трансформатора, кожний з яких має первинну обмотки розміщену на одному стержні та вторинну обмотку , що підключається до схеми випрямляння через ємнісний реактор, розташовану на другому стержні; при цьому всі додатні виходи схем випрямляння підключаються до однієї з вихідних клем, а від'ємні - до другої, 45981 4 згідно корисної моделі первинні обмотки трансформаторів підключаються до трьохфазної мережі живлення по схемі відкритого трикутника; вторинна обмотка першого трансформатора складається з двох напівобмоток, з'єднаних послідовно та синфазно; вторинна обмотка другого трансформатора підключена одним кінцем в точку з'єднання вторинних обмоток, а другим до другого випрямляча, виконаного на двох напівпровідникових силових випрямляючих діодах. У корисній моделі, що пропонується технічний результат досягається за рахунок того, що зменшуються пульсації випрямленої напруги на вихідних клемах як за рахунок збільшення частоти пульсацій (200Гц), так і за рахунок зменшення глибини до 50% (випрямлена напруга на вихідних клемах змінюється від максимального до половинного рівня по амплітуді). Цей результат досягається за рахунок фазового зсуву на кут p/2 між вторинними напругами змінного струму в колі живлення першої та другої схем випрямляння. Зазначений вище технічний результат, який забезпечується в процесі роботи запропонованого варіанту зварювального джерела живлення змінного струму, обумовлений ознаками, які відрізняють цей варіант за сумою ознак від прототипу, аналогу та інших подібних зварювальних джерел, описаних згідно відомого рівня техніки. Запропонований пристрій пояснюють наведені креслення, де: - на Фіг.1 зображена функціональна схема зварювального джерела постійного струму; - на Фіг.2 зображена векторна діаграма взаємодії вторинних змінних напруг на входах випрямлячів. - на Фіг.3 зображені епюри випрямленої напруги на вихідних клемах джерела та прототипу, на яких Umax - максимальна амплітуда випрямленої напруги; Umin - мінімальна амплітуда випрямленої напруги; j - фазовий кут. Згідно корисної моделі зварювальне джерело живлення постійного струму містить (Фіг.1) два однофазних двохстержневих трансформатори 1 та 2, первинні обмотки 3 та 4, яких розміщені на одних стержнях та підключені до трьох лінійних 5 (фаза А), 6 (фаза В) та 7 (фаза С) напруг мережі живлення по схемі відкритого трикутника (5-6 та 67), вторинну обмотку, що складається з двох напівобмоток 8, 9 розміщених на другому стержні трансформатора 1, підключену до мостової схеми випрямляння на чотирьох діодах 10, 11, 12, 13 через ємнісний реактор 14 та вторинну обмотку 15 розміщену на другому стержні трансформатора 2, яка підключається першим виводом через ємнісний реактор 16 до схеми випрямляння на двох діодах 17 та 18, а другим виводом до точки з'єднання вторинних обмоток 8 та 9; при цьому всі додатні електроди діодів 10, 11, 17 підключаються до першої вихідної клеми 19, а від'ємні електроди діодів 12, 13, 18 - до другої вихідної клеми 20. На Фіг.2 показані: - U8 - вектор напруги на виходах першої вторинної напівобмотки 8 трансформатора 1; - U9 - вектор напруги на виходах другої вторинної напівобмотки 9 трансформатора 1; 5 - U14 - вектор напруги на виходах вторинної обмотки 14 трансформатора 2; - Uсум - сумарний вектор напруги на вході діодів 16, 17. На Фіг.3 показані: а) амплітуда та форма випрямленої напруги на вихідних клемах джерела - прототипу як функція фазового кута j; б) амплітуда та форма випрямленої напруги на вихідних клемах джерела, що заявляється, як функція фазового кута j. Опис роботи джерела, що заявляється. При підключенні первинних обмоток 3, 4 трансформаторів 1 та 2 до трьохфазної мережі живлення (фаза А - 5, фаза В - 6 та фаза С - 7 по схемі відкритого трикутника на вторинних обмотках 8, 9 та 15 виникають змінні напруги, які, через конденсатори ємнісних реакторів 14 та 16 підключаються до схем випрямляння, виконаних на напівпровідникових силових випрямляючих діодах 10, 11, 12, 13, 17 та 18, причому вторинні обмотки 8 та 9 підключені до мостової схеми випрямляння, а вторинна обмотка 15 підключається першим виводом через ємнісний реактор 16 до схеми випрямляння на двох діодах 17 та 18, а другим виводом до точки з'єднання вторинних обмоток 8 та 9; при цьому всі додатні електроди діодів 10, 11, 17 підключаються до першої вихідної клеми 19, а від'ємні електроди діодів 12, 13, 18 - до другої вихідної клеми 20. Таким чином, забезпечується додавання векторів діючих напруг U8 (U9) та U14, які формують вектор напруги Uсум. Оскільки додавання виконується з урахуванням напрямку векторів (геометрично) то, при відповідному співвідношенню між модулями векторів (U8=U9 та U14=2´U8) фазовий зсув між U8 (U9) та Uсум дорівнює p/2, а амплітуда Uсум=U14/√3. В результаті дії напруг U8, U9 та Uсум, які через конденсатори ємнісних реакторів 14 та 16 підключаються до схем випрямляння, на виході джерела формується вихідна напруга, форми, що зображена на Фіг.3 б. При цьому амплітуда вихідної напруги змінюється в межах від Umax до Umin при частоті пульсацій в 200Гц. Зварювальне джерело живлення постійного струму може бути виконано, також і в іншому варіанті, наприклад, шляхом перемикання спільної точки 6 з'єднання трансформаторів 1, 2 з фази В на нейтральний провід N трьохфазової мережі живлення. При цьому характер роботи джерела не змінюється, як не змінюється і співвідношення амплітуд та частоти пульсацій вихідної напруги. Таким чином, використання лінійних та фазових напруг трьохфазової мережі живлення дозволяє отримати два значення вихідної напруги, які відрі 45981 6 зняються в 1,73 рази. Таким переключенням розширяється діапазон регулювання зварювального струму та напруги. Таким чином, підключення первинних обмоток модулів до трьохфазної мережі живлення по схемі відкритого трикутника, використання двох напів обмоток з'єднаних послідовно та синфазно в якості вторинної обмотки першого трансформатора, підключення вторинної обмотки другого трансформатора одним кінцем в точку з'єднання вторинних обмоток першого трансформатора, другим до другого випрямляча, виконаного на двох напівпровідникових силових випрямляючих діодах у порівнянні з прототипом та іншими технічними рішеннями: - забезпечує підвищення якості зварювання за рахунок того, що фазовій зсув j0=2p/3 між лінійними (фазовими) напругами трьохфазової мережі живлення, в описаному варіанті корисної моделі, трансформується в фазовій зсув j=p/2 між напругами пульсацій випрямленого струму, що зменшує їх рівень при одночасному подвоєнні частоти пульсацій; - характеризується підвищеним рівнем коефіцієнту потужності. Ця перевага досягається за рахунок використання ємнісних реакторів в колі змінного струму, які компенсують реактивний індуктивний опір вторинних обмоток. При відповідному виборі величини ємності конденсаторів ємнісних реакторів сумарний опір вторинного кола має активний характер і коефіцієнт потужності (Ракт./(Ракт.+Рреакт.)=cosj) наближається до одиниці; - дозволяє відмовитися від індуктивного реактору і, відповідно, зменшити геометричні розміри та вагу джерела, так як його функцію виконують в запропонованому зварювальному джерелі живлення постійного струму виконують ємнісні реактори; - забезпечує підвищену надійність підпалу дуги та рівень електричної безпеки, так як, при відповідному виборі величини ємності конденсаторів та індуктивності вторинних обмоток трансформаторів, ємності конденсаторів разом зі зварювальним проміжком та індуктивністю вторинних обмоток трансформаторів утворюють резонансну систему, в якій, при зриві дуги, діюча напруга, що подається на випрямлячі підвищується, порівняно з напругою на виході вторинних обмоток, Q разів, де Q є добротність резонансної системи. Це явище дозволяє знизити напругу холостого ходу джерела, без погіршення умов підпалу дуги; - знизити витрати напівпровідникових силових випрямляючих діодів з восьми до шести. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 45981 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601