Резонансне зварювальне джерело живлення

Резонансне зварювальне джерело живлення змінного струму, до якого входять зварювальний трансформатор, перша первинна обмотка якого включена послідовно з першим вхідним ключем та другою первинною обмоткою до мережі живлення, вторинна обмотка зварювального трансформатора разом з ємнісним датчиком струму та зварювальним проміжком утворюють зварювальне коло, блок управління, вхід якого підключено до виходу ємнісного датчика струму, а перший вихід - до управляючого входу першого вхідного ключа, яке відрізняється тим, що містить третю первинну обмотку та включений послідовно з нею другий вхідний ключ, які разом включені паралельно до другої первинної обмотки та першого вхідного ключа, причому зварювальний трансформатор виконаний на двохстержневому магнітопроводі, перша та друга первинні обмотки розміщені на одному стрижні, вторинна та третя первинна обмотки розміщені на другому стрижні, друга та третя первинні обмотки містять однакову КІЛЬКІСТЬ витків, ємнісний датчик струму складається, щонайменше, з двох конденсаторів, один з яких зв'язаний з іншими конденсаторами через ключ керування ємністю з можливістю з'єднання та від'єднання, а керуючі входи другого вхідного ключа та ключа керування ємністю підключені до другого виходу блоку керування Винахід стосується області зварювання, а саме зварювального обладнання і може бути використаний у зварювальному виробництві Відоме джерело живлення зварювальної дуги, що містить зварювальний трансформатор, реактор та конденсатор, що підключені послідовно до вторинної обмотки трансформатора і разом з дуговим проміжком утворюють зварювальне коло (Патент США № 2617689, МКВ 7 В23К9/06, 1971 Р) Основний принцип функціонування цього джерела оснований на створенні резонансу на частоті живлючої мережі завдяки рівності ємнісного опору конденсаторів і сумарного індуктивного опору реактора та вторинної обмотки трансформатора Недолік цього винаходу полягає в тому, що умови резонансу в джерелі живлення мають місце лише для однієї фіксованої частоти в обмеженому діапазоні зварювального струму, що звужує область його використання Прототипом запропонованого винаходу є резонансне зварювальне джерело живлення змінного струму, до якого входять зварювальний трансформатор, перша первинна обмотка якого включена послідовно з першим вхідним ключем та другою первинною обмоткою до мережі живлення, вторинна обмотка зварювального трансформатора разом з ємнісним датчиком струму та зварювальним проміжком утворюють зварювальне коло, блок управління, вхід якого підключено до виходу ємнісного датчика струму, а перший вихід - до управляючого входу першого вхідного ключа (Коротинський О Є , "Зварювальне джерело живлення змінного струму", заявка №99063701 на патент України від 30 06 99р) Робота цього джерела базується на створенні умов резонансу в зварювальному колі з метою стабілізації горіння дуги в зварювальному проміжку, що приводить до підвищення якості зварювання Недолік відомого джерела живлення пов'язаний з обмеженням струму короткого замикання, яке виникає з причин конструктивних особливостей джерела і є наслідком процесу доведення добротності коливального контуру (зварювального кола) до необхідного для стабілізації горіння дуги значення Це обмеження стуму робить неможливим використання джерела для зварювання в ре 00 (О о (О 60689 жимі коротких замикань дугового проміжку із застосуванням зварювальних дротів Підвищення будь-яким чином величини струму короткого замикання, що є характерним для процесів зі зварювальним дротом, потребує, як мінімум, зміни (а саме - зменшення) ємнісного опору ємнісного датчика струму, який включений послідовно зі зварювальним проміжком в зварювальне коло, що без відповідної зміни індуктивного опору (а це може бути реалізовано тільки шляхом конструктивних змін, зокрема, переналагодженням трансформатора), приводить до порушення умов резонансу в зварювальному колі Таким чином, описане у відомому технічному рішенні джерело живлення має обмежену сферу застосування - воно розраховане тільки для здійснення зварювання штучними електродами і є непридатним для використання зварювальних дротів широкого діапазону діаметрів, марок та призначення В основу винаходу поставлена задача розширення функціональних можливостей резонансного зварювального джерела живлення шляхом удосконалення конструкції трансформатору, зокрема, введення до його складу третьої первинної обмотки і розміщення її на одному стержні з вторинною, оптимізацм зв'язків обмоток з основним функціональними елементами схеми джерела та розширення конструктивного складу ємнісного датчика струму, що обумовлює в момент коротких замикань дугового проміжку незмінність коефіцієнту трансформації при зменшенні сумарної індуктивності зварювального кола, збільшення ємності ємнісного датчика струму і зменшення його опору, що супроводжується збільшенням струму до величини, достатньої для відриву краплі розплавленого металу та переходу и в зварювальну ванну Поставлена задача досягається за рахунок того, що резонансне зварювальне джерело живлення змінного струму, до якого входять зварювальний трансформатор, перша первинна обмотка якого включена послідовно з першим вхідним ключем та другою первинною обмоткою до мережі живлення, вторинна обмотка зварювального трансформатора разом з ємнісним датчиком струму та зварювальним проміжком утворюють зварювальне коло, блок управління, вхід якого підключено до виходу ємнісного датчика струму, а перший вихід - до управляючого входу першого вхідного ключа, згідно винаходу, містить третю первинну обмотку та включений послідовно з нею другий вхідний ключ, які разом включені паралельно до другої первинної обмотки та першого вхідного ключа, причому зварювальний трансформатор виконаний на двохстержневому магнітопроводі, перша та друга первинні обмотки розміщені на одному стержні, вторинна та третя первинна обмотки розміщені на другому стержні, друга та третя первинні обмотки містять однакову КІЛЬКІСТЬ витків, ємнісний датчик струму складається, щонайменше, з двох конденсаторів, один з яких зв'язаний з іншими конденсаторами через ключ управління ємністю з можливістю з'єднання та від'єднання, а управляючі входи другого вхідного ключа га ключа управління ємністю підключені до другого виходу блоку управління Оснащення трансформатора третьою первинною обмоткою та розміщення її на одному стержні зі вторинною дозволяє в момент короткого замикання дугового проміжку зменшити сумарну індуктивність зварювального кола при незмінній величині коефіцієнту трансформації зварювального трансформатора В свою чергу, незмінність коефіцієнту трансформації досягається завдяки рівності КІЛЬКОСТІ витків другої та третьої первинних обмоток Введення до складу ємнісного датчика струму через ключ управління ємністю додаткових конденсаторів (датчик може містити, принаймні, два конденсатори) дає змогу збільшити його ємність і зменшити опір в зварювальному колі саме в момент короткого замикання дугового проміжку Завдяки цьому величина струму короткого замикання збільшується і розплавлена крапля металу переходить до зварювальної ванни Іншими словами, відбувається зварювальний процес, що супроводжується короткими замиканнями дугового проміжку і стабільним переносом крапель металу без конструктивних змін в трансформаторі та змін зв'язків функціональних елементів схеми джерела живлення і без порушення умов резонансу в зварювальному колі Винахід пояснюють креслення, на яких зображено на фіг 1 - функціональна схема резонансного зварювального джерела живлення, на фіг 2 - зовнішня характеристика резонансного зварювального джерела живлення при реалізації процесу зварювання зварювальним дротом, на фіг 3 - схема розміщення обмоток зварювального трансформатора в його взаємодії з іншими елементами схеми Резонансне зварювальне джерело містить (фіг 1, 3) зварювальний трансформатор 1, перша первинна обмотка 2 якого включена послідовно з першим вхідним ключем 3 та другою первинною обмоткою 4 до мережі живлення 5 Другий вхідний ключ 6 разом з послідовно включеною третьою первинною обмоткою 7 включені паралельно з першим вхідним ключем 3 та другою первинною обмоткою 4 Управляючі входи першого 3 та другого 6 вхідних ключів підключені ВІДПОВІДНО до першого та другого виходів блоку управління 8, вхід якого підключено до виходу ємнісного датчика струму 9, який разом з послідовно включеною вторинною обмоткою 10 зварювального трансформатора 1 та зварювальним проміжком 11 утворюють зварювальне коло, причому ємнісний датчик струму 9 складається з декількох, щонайменше, двох конденсаторів 12 та 13, один з яких (на фіг 1 - це конденсатор 12) може підключатися паралельно іншим через ключ 14 управління ємністю, управляючий вхід якого підключений до другого виходу блоку управління 8 Запропоноване резонансне зварювальне джерело живлення працює наступним чином При включенні джерела до мережі живлення 5 перший вхідний ключ 3 замкнений, другий вхідний ключ 6 та ключ 14 управління ємністю розімкнені Струм мережі живлення 5, проходячи через першу первинну обмотку 2 та другу первинну обмотку 4, трансформується у вторинну обмотку 10, де встановлюється напруга холостого ходу, ефективне значення якої Uxx (фіг 2) З початком процесу зварювання виникає електрична дуга і по зварювальному колі, що складається із вторинної обмотки 10, ємнісного датчика струму 9 та зварювального проміжку 11, проходить струм (ВІДПОВІДНІ значення струму та напруги в робочій точці показані на фіг 2) На ємнісному датчику струму 9 виникає падіння напруги, яке надходить на блок управління 8, що містить у собі запрограмовану необхідну для конкретного випадку зварювального процесу величину (еталон) напруги та схему порівняння напруги еталону з напругою, що виникає на ємнісному датчику струму 9 В деякий момент часу зварювальний дріт, який безперервно подається до місця зварювання, досягає зварювальної ванни, що призводить до виникнення короткого замикання зварювального проміжку 11 Наявність короткого замикання в зварювальному проміжку 11 супроводжується підвищенням напруги, що фіксується ємнісним датчиком струму 9 у ВІДПОВІДНОСТІ з механізмом послідовного резонансу в зварювальному колі Це підвищення напруги у порівнянні з еталоном слугує сигналом, згідно якого блок управління 8 розмикає (розриває) перший вхідний ключ 3 і замикає другий вхідний ключ 6 та ключ 14 управління ємністю В цій ситуації напруга мережі живлення 5 подається на третю 7 та першу 2 первинну обмотки трансформатора 1, які включені послідовно Так як КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ в другій 4 та третій 7 первинних обмотках однакова, коефіцієнт трансформації зварювального трансформатора 1 не змінюється, зате зменшується сумарна індуктивність зварювального кола з причин того, що третя первинна обмотка 7 розміщена на одному і тому ж стержні зварювального трансформатора 1 Одночасно із зміною індуктивності через замкнений ключ 14 управління ємністю конденсатор 12 підключається до датчика струму 60689 9, тим самим збільшується ємність і зменшується величина опору Це зменшення опору в зварювальному колі при незмінній величині Uxx призводить до збільшення струму в зварювальному колі За рахунок механічної та теплової дії підвищеного струму крапля розплавленого металу, яка закорочувала зварювальний проміжок 11, відривається і переноситься в зварювальну ванну При цьому ліквідується коротке замикання зварювального проміжку 11, струм в зварювальному колі зменшується, що супроводжується зменшенням напруги, яка фіксується ємнісним датчиком струму 9 Це зменшення ідентифікується блоком управління 8 і є сигналом для розімкнення другого вхідного ключа 6, ключа управління ємністю 14 та замикання першого вхідного ключа З Зварювальне джерело повертається до режиму, який описаний вище, тобто до режиму, при якому струм в зварювальному колі та напруга на зварювальному проміжку 11 відповідають їх значенням в робочій точці Зварювальний цикл повторюється При описаній вище ЗМІНІ режимів роботи при переході джерела живлення в режим зварювання з короткими замиканнями дугового проміжку не відбувається порушення умов резонансу, тому що ВІДПОВІДНІ зміни сумарної індуктивності зварювального кола синхронно компенсуються зміною значення ємності ємнісного датчика струму 8 Таким чином, введення додаткової первинної обмотки та ключа, що підключає її до первинного кола, розміщення додаткової обмотки на одному стержні зі вторинною обмоткою зварювального трансформатора, введення додаткових конденсаторів до складу ємнісного датчика струму, який поєднується до останнього через ключ, дозволяє розширити функціональні можливості резонансного зварювального джерела живлення при зварюванні як штучними електродами, так і зварювальним дротом 1 Фп 1 60689 С!р\М, \ Фи Фіг 1 Комп'ютерна верстка М Клюкш Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119