Источник питания для контактной сварки
POWER SUPPLY FOR CONTACT WELDING

Изобретение относится к оборудованию для электрической контактной сварки и может быть использовано в машинах для контактной сварки постоянным током.
Известны источники питания для контактной сварки с дисковыми секционированными первичными обмотками, в которых регулирование вторичного напряжения производится изменением числа витков первичной обмотки за счет подключения или отключения с помощью переключателя части секций (З.А. Рыськова, П.Д. Федоров, В.И. Жимерова. Трансформаторы для электрической контактной сварки. Энергоатомиздат, Л.О. 1990 г.). Вторичная обмотка выполняется в виде нескольких дисков, к которым с обеих сторон прижаты секции первичной обмотки, выполненные в виде дисковых катушек. Благодаря такой конструкции при прохождении токов по всем виткам первичной и всем дискам вторичной обмоток диски вторичной и витки первичной обмотки имеют между собой хорошую магнитную связь. В машинах контактной сварки с выпрямителем со средней точкой на вторичной стороне трансформатора в дисках вторичной обмотки ток протекает поочередно в течение половины периода, а по первичной обмотке в течение всего периода, что ухудшает магнитную связь первичной и вторичной обмоток. Для улучшения магнитной связи этих обмоток и уменьшения габаритов и массы источника питания (патент RU 2752519 C1, авторы Коровкин Н.В., Сахно Л.И., Сахно О.И., Смирнов Н.Я., Федоров П.Д.) предложено разделить первичную обмотку на две секции, ввести в источник питания два дополнительных диода, которые обеспечивают хорошую магнитную связь каждой секции первичной обмотки с вторичной обмоткой, в которой в данный полупериод протекает сварочный ток. Однако, регулирование сварочного тока в этом источнике питания осуществляется только дискретно путем переключения секций первичной обмотки, что ухудшает технологические возможности машины. Это объясняется тем, что если для сварки деталей требуется ток, значение которого находится в интервале между токами, которые обеспечивают ближайшие ступени регулирования, источник питания либо не позволяет осуществить сварку этих деталей, либо качество сварка будет низким. Для регулирования сварочного тока в широких пределах требуется большое количество секций первичной обмотки трансформатора источника питания. Каждая секция имеет выводы, необходимые для переключения секций. Поскольку сварочные токи при контактной сварке составляют десятки и сотни килоампер, эти выводы являются массивными. Большое количество секций первичной обмотки и выводов от них приводит к значительному увеличению габаритов трансформатора.
Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является источник питания для контактной сварки (патент RU 2752519 C1, авторы Коровкин Н.В., Сахно Л.И., Сахно О.И., Смирнов Н.Я., Федоров П.Д.) преимущественно для машин с двухполупериодным выпрямлением тока, содержащий две вторичные дисковые обмотки, состоящие, по крайней мере, из одного диска, к которому прижаты катушки, содержащие секции первичной обмотки, при этом, с целью сокращения расхода меди за счет улучшения магнитной связи обмоток катушки первичной обмотки, содержащие соединенные параллельно секции с одинаковым числом витков первичные обмотки, прижатые к разным дискам, одинаковы, соединены последовательно и согласно, начало первичной обмотки, прижатой к одному диску вторичной обмотки соединено с катодом первой дополнительной диодной группы, конец первичной обмотки, прижатой к другому диску вторичной обмотки, соединен с анодом второй дополнительной диодной группы, а катод этой группы соединен с анодом первой диодной группы и с одним из выводов источника напряжения, а точка соединения первичных обмоток, прижатых к разным дискам вторичной обмотки, подключена к другому выводу источника напряжения.
Этот источник имеет ограниченные технологические возможности из-за только дискретного регулирования сварочного тока и завышенные габариты из-за большого количества массивных выводов от секций первичной обмотки.
Технической проблемой является ограничение технологических возможностей машины из-за использования только дискретного регулирования сварочного тока путем переключения секций первичной обмотки для изменения сварочного тока и завышенные габариты трансформатора из-за массивных выводов секций первичной обмотки.
Решение технической проблемы достигается тем, что источник питания для контактной сварки содержит выпрямитель с двумя диодами, соединенными по схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой и трансформатор, имеющий две вторичные дисковые обмотки, каждая из которых состоит по крайней мере из одного диска, к которому прижата по крайней мере одна катушка с секциями первичной обмотки, при этом катушки первичной обмотки, прижатые к разным дискам, выполнены одинаковыми, соединены последовательно и согласно, причем точка соединения катушек первичной обмотки, прижатых к разным дискам вторичной обмотки, подключена к одному из выводов источника напряжения, источник питания снабжен двумя тиристорами и блоком управления, начало первичной обмотки, прижатой к одному диску вторичной обмотки, соединено с анодом первого тиристора, а конец первичной обмотки, прижатой к другому диску вторичной обмотки, соединен с катодом второго тиристора, анод которого соединен с катодом первого тиристора и с другим выводом источника напряжения, а блок управления соединен с анодом, катодом и управляющим электродом каждого тиристора и точкой соединения первичных обмоток.
Поскольку тиристор сочетает в себе свойства диода и ключа, он переходит в «открытое» состояние (проводит ток) только после подачи на него сигнала от блока управления. Поэтому в отличие от диода он позволяет получить неполные полуволны питающего напряжения, если управляющий сигнал приходит на тиристор с задержкой по отношению к началу положительной для тиристора полуволне питающего напряжения. В результате осциллограмма питающего напряжения представляет собой неполные полуволны синусоиды, что приводит к уменьшению действующего значения питающего напряжения (фазовое регулирование). Таким образом осуществляется плавное фазовое регулирование сварочного тока на каждой ступени регулирования, при этом управляющий сигнал от блока управления на тиристоры в пределах каждого периода должен иметь одинаковую задержку относительно нуля питающего напряжения для положительного и отрицательного полупериода во избежание одностороннего намагничивания магнитопровода. Обеспечение возможности плавного регулирования сварочного тока в пределах каждой ступени улучшает технологические возможности источника, а также даёт возможность уменьшить количество ступеней регулирования, где это допускается по условиям технологии сварки. При этом сохраняются все преимущества прототипа.
На чертеже приведена схема источника питания для контактной сварки с двухполупериодным выпрямлением по схеме со средней точкой. Схема симметрична относительно оси ОО'.
Источник питания включает трансформатор, содержащий диски 1 и 2 вторичной обмотки, по каждому из которых ток протекает только в течение половины периода питающего напряжения, катушки 3 и 4 первичной обмотки, содержащие по три секции 5, 6, 7, катушки 8, 9 первичной обмотки, содержащие секции 5, 6, 7; диоды 10, 11, подключенные к дискам вторичной обмотки; тиристор 12, катод которого подключен к аноду тиристора 13 и к выводу 15 источника напряжения 16. Анод тиристора 12 соединен с началом первичной обмотки, прилегающей к одному диску вторичной обмотки, катод тиристора 13 соединен с началом первичной обмотки, прилегающей к другому диску вторичной обмотки. Точка соединения 17 катушек первичной обмотки, примыкающих к разным дискам вторичной обмотки, соединена с выводом 14 источника 16. Тиристоры 12 и 13 соединены с блоком управления 24. Кроме того, трансформатор может содержать одну или несколько контактных групп переключателей ступеней (поз. 18-23.) Ступенчатое регулирование в сочетании с фазовым позволяет работать в зоне ближе к полнофазному включению трансформатора в сеть.
Переключение осуществляется следующим образом. На наивысшей ступени все контактные группы переключателей переводятся в положение I. При положительной полуволне напряжения ток проходит только по катушкам 3 и 4 первичной обмотки и по диску 1 вторичной обмотки. Тиристор 13 препятствует прохождению тока по катушкам 8 и 9 первичной обмотки, а диод 11 прохождению тока по диску 2 вторичной обмотки. При этом контактная группа 18 соединяет между собой начала и концы секций 7, контактная группа 19 начала и концы секций 6, а контактная группа 20 начала и концы секций 5. Таким образом, одинаковые секции соединяются между собой параллельно, а три пары разных секций включаются между собой последовательно.
При отрицательной полуволне напряжения ток проходит только по катушкам 8 и 9 первичной обмотки и по диску 2 вторичной обмотки. Тиристор 12 препятствует прохождению тока по катушкам 3 и 4 первичной обмотки, а диод 10 прохождению тока по диску 1 вторичной обмотки. Поскольку катушки 8 и 9 прижаты к диску 2, индуктивность рассеяния в этом режиме равна индуктивности рассеяния катушек 3, 4 и диска 1 и в четыре раза меньше, чем в прототипе. При этом контактная группа 21 соединяет между собой начала и концы секций 7, контактная группа 22 начала и концы секций 6, а контактная группа 23 начала и концы секций 5. Таким образом, одинаковые секции соединяются между собой параллельно, а три пары разных секций включаются между собой последовательно. При включении любой другой ступени напряжения все переключения проводятся симметрично в левой и правой частях схемы. Например, контактная группа переключателей 18 и 21 переводится в положение II и подключают начало секции 7 катушки 3 к концу секции 7 катушки 4 для положительной волны напряжения. А для отрицательной полуволны контактная группа переключателей 21 в положении II подключает начало секции 7 катушки 8 к концу секции 7 катушки 9. Соединение блока управления с точкой соединения тиристоров 15 и точкой 17 соединения катушек первичной обмотки, примыкающих к разным дискам, обеспечивает синхронизацию с питающей сетью, соединение с анодами и катодами тиристоров обеспечивает обратную связь, на управляющие электроды тиристоров подаются команды на включение каждого тиристора в соответствующий полупериод сетевого напряжения.