СВАРОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ИНВЕРТОРНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ
WELDING TRANSFORMER FOR INVERTER POWER SUPPLY

Изобретение относится к электронной импульсной технике и может быть использовано в сварочных установках инверторного типа, предназначенных для контактной и дуговой сварки, а также резки различных изделий.
Известен трансформатор для дуговой резки и сварки, содержащий магнитопровод, на стержне которого расположены секционные первичная и вторичная обмотки с чередующимися секциями, и дополнительная обмотка, причем чередующиеся секции обмоток выполнены в виде концентричных по отношению к оси симметрии стержня магнитопровода аксиальных и радиальных рядов (RU 2041038 С1, 1995.08.09).
Недостатком данного устройства является ограниченный частотный диапазон сварочного трансформатора.
Известен сварочный трансформатор, содержащий стержневой магнитопровод, первичную обмотку, размещенную на ненасыщающемся первом стержне магнитопровода, и вторичную обмотку, полностью размещенную на втором стержне, причем второй стержень магнитопровода выполнен насыщающимся и имеет сечение, составляющее 0,5…0,8 сечения первого стержня (RU 96115420/02 А, 1998.03.27).
К недостаткам данной конструкции следует отнести большие габариты и массу магнитопровода сварочного трансформатора.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является трансформатор, содержащий магнитопровод, выполненный из двух ферромагнитных сердечников, первичную и вторичную ленточные обмотки, изготовленные из медной или алюминиевой фольги, причем первичная обмотка расположена на обоих сердечниках, а вторичная обмотка выполнена магнитоизолированной с параллельным расположением с обеих сторон ленточного проводника магнитопроводящей ленты, выполненной из магнитного материала, и параллельным расположением с одной стороны магнитопроводящей ленты изолирующего диэлектрического материала, и расположена на обеих первичных обмотках, соединенных последовательно (RU 2007128243 А, 2009.01.27).
Основными недостатками данной конструкции являются сложность в изготовлении, разогрев сердечника магнитопровода с увеличением тактовой частоты, а также снижение КПД при подключении устройства к инверторному источнику питания, в котором используется принцип широтно-импульсного регулирования выходной мощности трансформатора.
Технической задачей изобретения является создание сварочного трансформатора для инверторного источника питания, обладающего высокой надежностью и стабильностью выходных рабочих характеристик, имеющего широкий частотный диапазон, высокий КПД, небольшие габариты и массу.
Эта техническая задача достигается тем, что в сварочный трансформатор для инверторного источника питания, содержащий магнитопровод, на котором коаксиально расположены первичная и две вторичные обмотки ленточного типа, изготовленные по принципу спиралей Архимеда, состоящих из нескольких токопроводящих слоев фольги, изолированных друг от друга диэлектрическими прокладками, введена сервисная обмотка, обладающая высоким температурным коэффициентом сопротивления, установленная снаружи первичной обмотки в средней ее части, слева и справа от сервисной обмотки на одинаковом расстоянии размещены соответственно первая и вторая вторичные обмотки, намотанные встречно, образуя при этом новую конструкцию.
Функциональная схема, поясняющая работу сварочного трансформатора для инверторного источника питания, представлена на Фиг.1.
Сварочный трансформатор для инверторного источника питания содержит магнитопровод 6, на котором коаксиально расположены первичная 5, первая 1 и вторая 2 вторичные обмотки ленточного типа, изготовленные по принципу спиралей Архимеда, а также сервисную обмотку 7, обладающую высоким температурным коэффициентом сопротивления, установленную снаружи первичной обмотки 5 в средней ее части, при этом слева и справа от сервисной обмотки 7 на одинаковом расстоянии размещены соответственно первая 1 и вторая 2 вторичные обмотки, намотанные встречно, причем каждая из ленточных обмоток 1, 2 и 5 состоит из нескольких токопроводящих слоев фольги 4, изолированных друг от друга диэлектрическими прокладками 3.
Описание конструкции устройства.
Сварочный трансформатор для инверторного источника питания состоит из магнитопровода 6, на котором коаксиально расположены первичная обмотка 5, первая 1 и вторая 2 вторичные обмотки ленточного типа, а также сервисная обмотка 7. Обе вторичные обмотки 1, 2 и сервисная обмотка 7 размещены снаружи первичной обмотки 5, причем сервисная обмотка 7 установлена в средней части первичной обмотки 5. Слева от сервисной обмотки 7 находится первая вторичная обмотка 1, справа - вторая вторичная обмотка 2. Обмотки 1, 2 расположены на одинаковом расстоянии от сервисной обмотки 7 и намотаны встречно: одна - по часовой, другая - против часовой стрелки. Ленточные обмотки 1, 2 и 5 состоят из нескольких токопроводящих слоев фольги 4, изолированных друг от друга диэлектрическими прокладками 3 (на Фиг.1 показано три слоя фольги). Сервисная обмотка 7 обладает высоким температурным коэффициентом сопротивления, то есть она имеет выраженную зависимость внутреннего сопротивления от температуры окружающей среды.
Сварочный трансформатор предназначен для работы совместно с инверторным источником питания. Напряжение питания подается на первичную обмотку 5 с выхода инверторного источника (на Фиг.1 не показан). Обратная связь осуществляется при помощи сервисной обмотки 7, которая отслеживает состояние электромагнитного поля, охватывающего вторичные обмотки 1 и 2. Сервисная обмотка 7 позволяет поддерживать выходные характеристики трансформатора в неизменном состоянии, фиксировать перегрузки, предотвращать аварийные ситуации, а также контролировать температуру устройства.
Наличие двух вторичных обмоток 1 и 2 предусматривает подключение трансформатора по схеме двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, обладающего оптимальными электрическими характеристиками в сварочном режиме. Конструкция трансформатора позволяет получить среднюю точку двумя простыми способами. Для этого необходимо соединить либо начала вторичных обмоток 1 и 2, либо их концы. Благодаря встречной намотке оба варианта легко реализуются с помощью токопроводящей шины, пропущенной в первом варианте с внутренней стороны обмоток 1 и 2, во втором - снаружи обмоток 1 и 2.
Достоинством предлагаемой конструкции является то, что вторичные обмотки 1 и 2 перекрывают только часть поверхности первичной обмотки 5 сварочного трансформатора, не более 40…45%, уменьшая потокосцепление обмоток 1, 2 и 5, при этом увеличивается выходное сопротивление устройства в сварочном режиме, что благоприятно сказывается на его эксплуатационных характеристиках.
Другим преимуществом предлагаемого устройства является термозависимое исполнение сервисной обмотки. Во-первых, отпадает необходимость в применении отдельного термодатчика и схемы автоматики, во-вторых, использование сервисной обмотки 7 в качестве термочувствительного элемента обеспечивает объемный контроль температуры сварочного трансформатора, высокую точность и быстродействие.
Данное обстоятельство определяет повышенную надежность и безопасность в работе устройства.
Приведенная конструкция сохраняет работоспособность в широком диапазоне частот от 30 кГц до 500 кГц. Для реализации таких характеристик ленточные обмотки 1, 2 и 5 выполнены многослойными, состоящими из нескольких слоев токопроводящей, например, медной фольги 4, изолированных друг от друга диэлектрическими прокладками 3. Такая конструкция обмоток 1, 2 и 5 уменьшает поверхностный эффект на высоких частотах рабочего диапазона. Это позволяет уменьшить сечения проводников обмоток 1, 2, и 5, снизить габариты и массу устройства, а также увеличить его КПД.
Использование симметричной аксиально-совмещенной конструкции первичной 5 и вторичных 1, 2 обмоток сварочного трансформатора позволяет отказаться от магнитопровода на частотах выше 120…150 кГц, при этом сохраняется полная идентичность импульсов тока сварки обеих вторичных обмоток 1 и 2.
Приведенная конструкция позволяет использовать широтно-импульсное регулирование выходной мощности, обеспечивая оптимальный режим работы инвертора, при этом максимальный сварочный ток может достигать 400…500А, а минимальный ток - 7…10А.
Масса сварочного трансформатора может быть снижена до 0,8…0,9 кг при рабочих токах 140…160А.
Сварочный трансформатор для инверторного источника питания обладает высокой стабильностью рабочих характеристик, его конструктивные возможности позволяют изготавливать как мощные высокопроизводительные установки, так и малогабаритные переносные устройства, обладающие небольшой массой.
Предлагаемое устройство имеет высокий КПД, широкий диапазон использования, высокую надежность и большой срок эксплуатации.