ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ
WELDING ARC POWER SUPPLY

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для сварки изделий в полевых и стационарных условиях.
Известен источник питания сварочной дуги (см. АС №1013160 Опубл. 23.04.83, Бюл. №15).
В этом источнике ротор асинхронного генератора жестко соединен с валом приводного двигателя. Возбуждается генератор от емкости конденсаторной батареи. Первичная обмотка трансформатора присоединена к дополнительной батареи конденсаторов, к которой включены резисторы и электронный ключ со схемой управления. Вторичная обмотка трансформатора включена на выпрямитель с датчиком сварочного тока и сварочными электродами.
Недостатком устройства является то, что согласующий трансформатор имеет большую массу, габариты и дополнительные потери в резисторах.
Наиболее близким к предлагаемому является источник питания сварочной дуги (см. АС №1013161 Опубл. 23.04.83, Бюл. №15), содержащий асинхронный генератор с конденсаторным самовозбуждением, трансформатор, дополнительную конденсаторную батарею и выпрямитель, через который вторичная обмотка трансформатора соединена с выходными клеммами источника, а первичная обмотка одними концами соединена с асинхронным генератором повышенной частоты тока, другими - с одними обкладками дополнительной конденсаторной батареи, в источник введены дополнительный мостовой выпрямитель с объединенной катодной и анодной группами вентилей, однофазный инвертор, разделительный трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, и электронный ключ со схемой управления, при этом параллельно вторичной обмотке разделительного трансформатора подключен электронный ключ, к его первичной обмотке подключен однофазный инвертор, причем вход инвертора подключен к анодной группе вентилей мостового выпрямителя, к средней точке первичной обмотки разделительного трансформатора подсоединена катодная группа вентилей, а к общим точкам попарно соединенных вентилей подключен другой обкладкой каждый дополнительный конденсатор конденсаторной батареи.
Недостатком этого источника является сложность регулирования тока сварки, низкий КПД за счет двойного преобразования энергии в двух трансформаторах, а также по этой причине большие массогабаритные показатели.
Техническим решением поставленной задачи является упрощение схемы управления, повышение энергетических показателей и снижение массы и габарита.
Поставленная задача достигается тем, что источник питания сварочной дуги, содержащий асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением, выпрямитель, разделительный трансформатор со средней точкой, электронный ключ со схемой управления, сварочные электроды, и имеет молекулярный накопитель энергии (конденсатор с двойным электрическим слоем), дроссель, первый и второй дополнительные конденсаторы и выключатель, шунтирующий диод, высокочастотные диоды, причем обмотка статора асинхронного генератора соединена с конденсаторами возбуждения и выпрямителем, отрицательный вывод которого последовательно соединен с одним выводом молекулярного накопителя энергии первого и второго дополнительных конденсаторов, с общей точкой силового элемента (например, IGBT транзистора) электронного ключа со схемой управления, а положительный вывод выпрямителя соединен с другим выводом молекулярного накопителя энергии и через дроссель с другим выводом первого дополнительного конденсатора и первым выводом первичной обмотки разделительного трансформатора и катодом шунтирующего диода, а через выключатель - со вторым выводом второго дополнительного конденсатора, второй вывод первичной обмотки разделительного трансформатора соединен с анодом шунтирующего диода и с входом силового элемента, два вывода вторичной обмотки через высокочастотные диоды и средняя точка вторичной обмотки разделительного трансформатора соединены со сварочными электродами.
Новизна технического решения обусловлена тем, что в источнике питания имеется молекулярный накопитель энергии (конденсатор с двойным электрическим слоем), дроссель, первый и второй дополнительные конденсаторы и выключатель, шунтирующий диод, высокочастотные диоды, причем обмотка статора асинхронного генератора соединена с конденсаторами возбуждения и выпрямителем, отрицательный вывод которого последовательно соединен с одним выводом молекулярного накопителя энергии первого и второго дополнительных конденсаторов, с общей точкой силового элемента (например, GBT транзистора) электронного ключа со схемой управления, а положительный вывод выпрямителя соединен с другим выводом молекулярного накопителя энергии и через дроссель с другим выводом первого дополнительного конденсатора и первым выводом первичной обмотки разделительного трансформатора и катодом шунтирующего диода, а через выключатель - со вторым выводом второго дополнительного конденсатора, второй вывод первичной обмотки разделительного трансформатора соединен с анодом шунтирующего диода и с входом силового элемента, два вывода вторичной обмотки через высокочастотные диоды и средняя точка вторичной обмотки разделительного трансформатора соединены со сварочными электродами.
Снижение массогабаритных показателей и повышение КПД происходит за счет увеличения частоты преобразования, а также отсутствует понижающий трансформатор, который имеет мощность, соизмеримую с мощностью генератора.
По данным научно-технической и патентной литературы, авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку оно работоспособно, и предлагается его использование в промышленности.
Сущность изобретения поясняет принципиальная схема источника питания сварочной дуги, представленная на чертеже.
Источник питания сварочной дуги (фиг.1) содержит асинхронный генератор 1, конденсаторы возбуждения 2, выпрямитель 3, разделительный трансформатор 4 с первичной 5 и вторичной обмоткой 6 со средней точкой 7, электронный ключ (например, IGBT транзистор) 8 со схемой управления 9, молекулярный накопитель энергии (конденсатор с двойным электрическим слоем) 10, дроссель 11, первый 12 и второй 13 дополнительные конденсаторы, выключатель 14, шунтирующий диод 15, высокочастотные диоды 16, сварочные электроды 17.
Обмотка статора асинхронного генератора 1 соединена с конденсаторами возбуждения 2 и выпрямителем 3, отрицательный вывод «минус» которого последовательно соединен с выводами молекулярного накопителя энергии 10 первого 12 и второго 13 дополнительных конденсаторов, с общей точкой силового элемента (например, IGBT транзистора) 8 электронного ключа со схемой управления 9, а положительный вывод «плюс» выпрямителя 3 соединен с другим выводом молекулярного накопителя энергии 10 и через дроссель 11 с другим выводом первого дополнительного конденсатора 12 и первым выводом первичной обмотки 5 разделительного трансформатора 4 и катодом шунтирующего диода 15, а через выключатель 14 - со вторым выводом второго дополнительного конденсатора 13, второй вывод первичной обмотки 5 разделительного трансформатора 4 соединен с анодом шунтирующего диода 15 и с входом силового элемента 8, два вывода 6 вторичной обмотки через высокочастотные диоды 16 и средняя точка 7 вторичной обмотки 6 разделительного трансформатора 4 соединены со сварочными электродами 17.
Источник питания сварочной дуги работает следующим образом. При вращении ротора асинхронного генератора 1 за счет остаточного намагничивания он самовозбуждается от конденсаторов 2. Напряжение асинхронного генератора выпрямляется выпрямителем 3 и заряжает молекулярный накопитель энергии 10. Через дроссель 11 постоянное напряжение поступает на первый дополнительный конденсатор 12, на первичную обмотку 5 и через нее на электронный ключ (например, IGBT-транзистор) 8 со схемой управления 9. Схема управления 9 формирует импульсы управления частотой 30÷70 кГц и с такой частотой открывается IGBT транзистор 8, который преобразует постоянное напряжение конденсатора 12 в переменное напряжение с заданной частотой.
Переменное напряжение высокой частоты на вторичной обмотке 6 трансформатора 4 выпрямляется высокочастотными диодами 16 и с их выхода и среднего вывода 7 поступает на сварочные электроды 17. Происходит процесс сварки.
В момент закрытия транзистора 8 шунтирующий диод 15 способствует дальнейшему протеканию тока обмотки 5 трансформатора 4. Дроссель 11, первый 12 и второй 13 накопительные конденсаторы формируют крутопадающую внешнюю характеристику источника питания. Причем при включении второго дополнительного конденсатора 13 выключателем 14 сварочный ток возрастает. Таким образом можно ступенчато регулировать сварочный ток.
Достоинства предлагаемого источника:
1. За счет повышения частоты тока 30÷70 кГц снижается масса разделительного трансформатора.
2. Молекулярный накопитель энергии 10 позволяет асинхронному генератору устойчиво работать при коротких замыканиях сварочного электрода в процессе сварки.
3. За счет бесконтактного асинхронного генератора повышается надежность источника при высоких сварочных свойствах.