RU2053071C1

RU2053071C1 - Power supply source of welding arc

Info

Publication number: RU2053071C1
Authority: RU
Inventors: Г.Л. Бенедиктов
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Агримекс"
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: welding. SUBSTANCE: power supply source includes step-down welding transformed with three secondary windings. First leads of three secondary windings are tied up together and connected to leads of power supply source through two valves. Second lead of first secondary winding is linked to lead of power supply source through capacitor and two valves. Second lead of second secondary winding is coupled to lead of power supply source through first winding of choke and two thyristors. Second lead of third secondary winding is connected to lead of power supply source through secondary winding of choke and two valves. Winding of choke are connected in opposition. Winding of transformer alternate. First secondary winding is put between second and third secondary windings. EFFECT: improved operational reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для питания дуги при автоматической и ручной сварке. The invention relates to welding production and can be used to power the arc in automatic and manual welding.

Известен источник питания сварочной дуги, содержащий мостовой выпрямитель, вход которого подключен к вторичной обмотке понижающего трансформатора, а выход к выходу источника питания, и два блока конденсаторов, при этом первые выводы блоков конденсаторов подключены к одному из концов вторичной обмотки силового понижающего трансформатора, а вторые выводы к выходу выпрямителя (авт.св. СССР N 1076227, кл. В 23 К 9/09, 1983). A power source for a welding arc is known, comprising a bridge rectifier, the input of which is connected to the secondary winding of the step-down transformer, and the output to the output of the power source, and two blocks of capacitors, while the first outputs of the blocks of capacitors are connected to one end of the secondary winding of the power-down transformer, and the second conclusions to the output of the rectifier (ed. St. USSR N 1076227, CL 23 K 9/09, 1983).

Недостатками этого источника являются невозможность регулирования тока и низкие энергетические показатели устройства. The disadvantages of this source are the inability to control current and low energy performance of the device.

Известен источник питания сварочной дуги, содержащий силовой понижающий трансформатор с двумя вторичными обмотками, мостовой неуправляемый и управляемый выпрямитель, соединенные с выходом источника питания, при этом неуправляемый выпрямитель соединен с обмоткой трансформатора через конденсатор (авт.св. СССР N 1639907, кл. В 23 К 9/00, 1991). A welding arc power source is known, comprising a power step-down transformer with two secondary windings, an uncontrolled and controlled rectifier bridge connected to the power source output, while an uncontrolled rectifier is connected to the transformer winding through a capacitor (ed. St. USSR N 1639907, class B 23 K 9/00, 1991).

Недостатком этого источника питания являются большие значения емкости конденсаторов, необходимые для обеспечения устойчивой работы устройства при фазовом регулировании тиристоров управляемого выпрямителя. Значение емкости конденсатора зависит от глубины регулирования и достигает значений 2000 мкФ. Форма и фазовый сдвиг приводят к ухудшению коэффициента мощности и увеличению действующего тока, потребляемого из сети переменного тока. Высокие значения тока не позволяют использовать устройство при питании от бытовой сети 220 В. The disadvantage of this power source is the large capacitance values necessary to ensure stable operation of the device during phase regulation of the thyristors of a controlled rectifier. The value of the capacitor depends on the depth of regulation and reaches 2000 μF. The shape and phase shift lead to a deterioration in the power factor and an increase in the effective current consumed from the AC network. High current values do not allow the device to be used when powered by a 220 V household network.

Предлагаемый источник питания позволяет уменьшить значения тока, потребляемого из питающей сети, за счет улучшения формы и уменьшения реактивной составляющей тока. Малые значения потребляемого тока позволяют использовать устройство в различных областях народного хозяйства, в бытовых условиях и в условиях малых хозяйств. Источник позволяет уменьшить расход электрической энергии на производство сварочных работ. The proposed power source allows to reduce the value of the current consumed from the supply network by improving the shape and reducing the reactive component of the current. Small values of current consumption allow the device to be used in various areas of the national economy, in domestic conditions and in small farms. The source allows to reduce the consumption of electric energy for welding.

Для этого источник питания сварочной дуги, содержащий силовой понижающий трансформатор с двумя вторичными обмотками, мостовой неуправляемый и управляемый выпрямители, при этом неуправляемый выпрямитель соединен с обмоткой трансформатора через конденсатор, снабжен дополнительным выпрямителем, дополнительной вторичной обмоткой силового трансформатора и дополнительным дросселем с двумя обмотками. При этом первые выводы двух вторичных и дополнительной обмоток объединены и соединены с выходными выводами источника питания через два вентиля неуправляемого выпрямителя, которые являются общими для трех мостовых выпрямителей. Второй вывод первой вторичной обмотки соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен через вентили с выводами источника питания. Второй вывод второй вторичной обмотки соединен с первым выводом первой обмотки дополнительного дросселя, второй вывод которого через два тиристора соединен с выводами источника питания. Второй вывод дополнительной вторичной обмотки соединен с вторым выводом второй обмотки дросселя, первый вывод которой через два вентиля соединен с выводами источника питания. Источник питания сварочной дуги может быть выполнен с чередующимися обмотками, при этом первая вторичная обмотка, соединенная с конденсатором, расположена между двумя другими вторичными обмотками. Напряжение холостого хода источника питания дуги обеспечивается обмоткой, соединенной через конденсатор и мостовой выпрямитель, соединенный с выводами источника питания. To do this, the power source of the welding arc, containing a power step-down transformer with two secondary windings, a bridge uncontrolled and controlled rectifiers, while an uncontrolled rectifier is connected to the transformer winding through a capacitor, is equipped with an additional rectifier, an additional secondary winding of the power transformer and an additional inductor with two windings. In this case, the first terminals of two secondary and additional windings are combined and connected to the output terminals of the power source through two valves of an uncontrolled rectifier, which are common to three bridge rectifiers. The second terminal of the first secondary winding is connected to the first terminal of the capacitor, the second terminal of which is connected through valves to the terminals of the power source. The second terminal of the second secondary winding is connected to the first terminal of the first winding of the additional inductor, the second terminal of which through two thyristors is connected to the terminals of the power source. The second terminal of the additional secondary winding is connected to the second terminal of the second inductor winding, the first terminal of which is connected through two valves to the terminals of the power source. The power source of the welding arc can be made with alternating windings, while the first secondary winding connected to the capacitor is located between two other secondary windings. The open circuit voltage of the arc power source is provided by a winding connected through a capacitor and a bridge rectifier connected to the terminals of the power source.

Напряжение имеет значение, допустимое по условиям техники безопасности и достаточное для зажигания дуги. При зажигании обеспечивается сварочный ток на минимальном уровне, который протекает по дополнительной обмотке трансформатора, второй обмотке дополнительного дросселя и неуправляемым вентилям дополнительного выпрямителя. Значение тока ограничивается индуктивным сопротивлением обмотки дросселя и сопротивлением понижающего трансформатора и должно обеспечивать устойчивую сварочную дугу при электродах малых диаметров. При работе тиристоров с минимальным углом регулирования обеспечивается максимальное значение сварочного тока. Ток протекает по вторичной обмотке, по первой обмотке дополнительного дросселя и тиристорам. Токи в обмотках дросселя протекают встречно, что обеспечивает малое значение индуктивного сопротивления обмоток. Малое значение индуктивного сопротивления обеспечивает максимальный сварочный ток. При изменении угла регулирования изменяется значение тока как через тиристоры, так и через дополнительные вентили. Токи в первичной обмотке трансформатора определяются результирующими ампервитками трех вторичных обмоток, что обеспечивает синусоидальность его при всех режимах работы тиристоров. Малое значение входного тока устройства обеспечивается значением коэффициентов трансформации обмоток трансформатора. Конденсатор в предлагаемом устройстве включен в цепь обмотки с наибольшим напряжением, основная и дополнительные обмотки имеют малые значения напряжений. Это обеспечивает компенсацию реактивной составляющей тока и малые значения первичного тока при максимальном вторичном токе. Пульсирующий характер тока в сварочной дуге обеспечивает мелкокапельный перенос металла и малые затраты энергии при сварке. Расположение вторичной обмотки, соединенной с конденсатором, между двумя другими обмотками улучшает условия коммутации основных тиристоров и дополнительных вентилей. В моменты времени малых мгновенных значений питающего напряжения ток через обмотку, соединенную с конденсатором, имеет максимальные мгновенные значения и обмотка обеспечивает питание. Энергия, накопленная в конденсаторе, переходит в энергию магнитного поля трансформатора и дополнительного дросселя. The voltage has a value that is acceptable under safety conditions and sufficient to ignite the arc. When ignition, welding current is provided at a minimum level, which flows through the additional winding of the transformer, the second winding of the additional inductor and uncontrolled valves of the additional rectifier. The current value is limited by the inductive resistance of the inductor winding and the resistance of the step-down transformer and should provide a stable welding arc with electrodes of small diameters. When thyristors operate with a minimum control angle, the maximum value of the welding current is ensured. The current flows through the secondary winding, along the first winding of the additional inductor and thyristors. The currents in the windings of the inductor flow counter, which ensures a small value of the inductive resistance of the windings. The low inductance provides maximum welding current. When the control angle is changed, the current value changes both through the thyristors and through additional valves. The currents in the primary winding of the transformer are determined by the resulting ampere-turns of the three secondary windings, which ensures its sinusoidality under all thyristor operating modes. The small value of the input current of the device is provided by the value of the transformation ratios of the transformer windings. The capacitor in the proposed device is included in the circuit of the winding with the highest voltage, the main and additional windings have low voltage values. This provides compensation for the reactive component of the current and low values of the primary current at maximum secondary current. The pulsating nature of the current in the welding arc provides a small drop transfer of metal and low energy consumption during welding. The location of the secondary winding connected to the capacitor between the two other windings improves the switching conditions of the main thyristors and additional valves. At times of small instantaneous values of the supply voltage, the current through the winding connected to the capacitor has maximum instantaneous values and the winding provides power. The energy stored in the capacitor passes into the energy of the magnetic field of the transformer and an additional inductor.

На чертеже приведена схема источника питания сварочной дуги. The drawing shows a diagram of the power source of the welding arc.

Источник содержит силовой понижающий трансформатор 1 с первой 2 и второй 3 вторичными обмотками. Первая вторичная обмотка 2 через конденсатор 4 и мостовой выпрямитель, собранный на вентилях 5-8, соединена с выходными выводами 9 и 10 источника питания. Управляемый выпрямитель состоит из тиристоров 11, 12 и диодов 5, 6. Обмотка 3 трансформатора соединена с первой обмоткой 13 дросселя. Вторая обмотка 14 дросселя соединяет дополнительные вентили 15 и 16 с дополнительной обмоткой 17. Вентили 5, 6, 15 и 16 образуют дополнительный мостовой выпрямитель. The source contains a power step-down transformer 1 with the first 2 and second 3 secondary windings. The first secondary winding 2 through a capacitor 4 and a bridge rectifier, assembled on valves 5-8, is connected to the output terminals 9 and 10 of the power source. The controlled rectifier consists of thyristors 11, 12 and diodes 5, 6. The transformer winding 3 is connected to the first winding 13 of the inductor. The second inductor winding 14 connects the additional valves 15 and 16 to the additional winding 17. The valves 5, 6, 15 and 16 form an additional bridge rectifier.

Трансформатор 1 источника питания для сварочной дуги имеет первичную и три вторичные обмотки 2, 3 и 17. Напряжение на обмотке 2 имеет высокое значение. Напряжения на обмотках 3 и 17 имеют значения, близкие к напряжению на дуговом промежутке при сварке. Обмотки 2, 3 и 17 одноименными выводами объединены и через вентили 5 и 6 соединены с выводами 9 и 10. Второй вывод обмотки 2 соединен с первым выводом конденсатора 4, второй вывод которого через вентили 7 и 8 соединен с выводами 9 и 10 источника. Второй вывод обмотки 3 соединен с первым выводом первой обмотки 13 дросселя. Второй вывод первой обмотки 13 дросселя через тиристоры 11 и 12 соединен с выводами 9 и 10 источника. Второй вывод дополнительной обмотки 17 соединен с вторым выводом второй обмотки 14 дросселя, первый вывод которой соединен через вентили 15 и 16 с выводами 9 и 10. The transformer 1 of the power source for the welding arc has a primary and three secondary windings 2, 3 and 17. The voltage on the winding 2 is of high value. The voltage on the windings 3 and 17 have values close to the voltage on the arc gap during welding. The windings 2, 3 and 17 with the same terminals are connected and connected through the valves 5 and 6 to the terminals 9 and 10. The second terminal of the winding 2 is connected to the first terminal of the capacitor 4, the second terminal of which through the valves 7 and 8 is connected to the terminals 9 and 10 of the source. The second terminal of the winding 3 is connected to the first terminal of the first winding 13 of the inductor. The second output of the first winding 13 of the inductor through the thyristors 11 and 12 is connected to the conclusions 9 and 10 of the source. The second terminal of the additional winding 17 is connected to the second terminal of the second winding 14 of the inductor, the first terminal of which is connected through valves 15 and 16 to the terminals 9 and 10.

Источник питания работает следующим образом. The power source operates as follows.

При включении в питающую сеть на обмотках понижающего трансформатора создается напряжение. На обмотке 2 напряжение может достигать значений, близких к 100 В, которые допустимы при ручной сварке. Возбуждают дугу касанием электродом изделия. После возбуждения дуги сопротивление дугового промежутка резко падает, что приводит к падению напряжения на выпрямителе, состоящем из вентилей 5-8, до уровня напряжения дополнительного выпрямителя на вентилях 5, 6, 15 и 16, которые питаются от дополнительной обмотки 17. Значение тока от мостового выпрямителя на вентилях 5-8 ограничивается реактивным сопротивлением конденсатора 4, а от выпрямителя на вентилях 5, 6, 15 и 16 реактивным сопротивлением обмотки 14 дросселя. Переменный ток в одном выпрямителе имеет активно-емкостную реакцию, в другом активно-индуктивную. Мгновенное значение тока дуги всегда отлично от нулевого значения. Коммутации вентилей 5-8, 15 и 16 происходят в различные моменты времени, что обеспечивает устойчивое горение дуги при малых токах через конденсатор. Это позволяет использовать конденсаторы с емкостью 50 мкФ, т.е. в 40 раз меньшие, чем в известном устройстве. Форма мгновенного значения сварочного тока имеет в устройстве оптимальный характер. Обеспечивается устойчивый характер горения дуги за счет непрерывности тока. Обеспечивается мелкокапельный перенос металла за счет высоких значений амплитуды переменной составляющей. Эти особенности обеспечивают малое разбрызгивание металла при сварке. When connected to the supply network, a voltage is created on the windings of the step-down transformer. On winding 2, the voltage can reach values close to 100 V, which are acceptable for manual welding. Excite the arc by touching the product electrode. After the arc is excited, the resistance of the arc gap drops sharply, which leads to a voltage drop on the rectifier, consisting of valves 5-8, to the voltage level of the additional rectifier on the valves 5, 6, 15 and 16, which are powered by an additional winding 17. The current value from the bridge rectifier on valves 5-8 is limited by the reactance of the capacitor 4, and from the rectifier on valves 5, 6, 15 and 16 reactance of the winding 14 of the inductor. Alternating current in one rectifier has an active-capacitive reaction, in the other an active-inductive one. The instantaneous value of the arc current is always different from zero. Switching valves 5-8, 15 and 16 occur at different points in time, which ensures stable arc burning at low currents through the capacitor. This allows the use of capacitors with a capacitance of 50 μF, i.e. 40 times smaller than in the known device. The shape of the instantaneous value of the welding current in the device is optimal. Provides a stable character of arc burning due to the continuity of the current. The small-droplet metal transfer is provided due to the high values of the amplitude of the variable component. These features provide low spatter of metal during welding.

Claims

1. The power source of the welding arc, containing a power step-down transformer with two secondary windings, two bridge rectifiers, the outputs of which are connected to the output terminals of the power source, a capacitor and a choke, while the first bridge rectifier is connected to the first secondary winding through a capacitor, characterized in that it is equipped with a third bridge rectifier, the second bridge rectifier is thyristor controlled, the power step-down transformer is equipped with a third secondary winding, the inductor is made with two windings, while the first terminals of the secondary windings of the transformer are combined, the second terminal of the second secondary winding is connected to the beginning of the first winding of the inductor, the end of which is connected through two thyristors of the second bridge rectifier to the output terminals of the power supply, the second terminal of the third secondary winding is connected to the end of the second inductor winding, the beginning of which through two valves of the third rectifier is connected to the output terminals of the power source.

2. The power source according to claim 1, characterized in that the first secondary winding is located between two other secondary windings.