ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ СВАРОЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР С ТРЕМЯ ОБМОТКАМИ НА СТАТОРЕ
THREE-PHASE ASYNCHRONOUS WELDING GENERATOR WITH THREE STATOR WINDINGS

Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным генераторам с конденсаторным самовозбуждением, и может быть использовано в устройствах ручной дуговой электросварки.
Известна конструкция бесконтактного сварочного генератора [1], который имеет короткозамкнутый ротор и две трехфазные обмотки на статоре. К первой обмотке через выпрямительное устройство и дроссель подключена нагрузка (дуга). Ко второй обмотке подключены конденсаторы возбуждения, причем выводы этой обмотки могут использоваться для питания потребителей переменного трехфазного напряжения.
Недостатком этого генератора является то, что в режиме холостого хода намагничивающий ток превышает номинальный в несколько раз.
Это связано с тем, что для обеспечения номинальной индукции в зазоре генератора в режиме холостого хода (XX) требуется одно значение емкости конденсаторов, а в режиме технического короткого замыкания (КЗ) или нагрузки - другое, причем большее. В силу этого при фиксированной емкости конденсаторов, которая выбрана для работы в режиме КЗ или номинальной нагрузки, переход в режим XX сопровождается увеличением намагничивающего тока, значительным насыщением магнитной системы и, как следствие, ростом потерь XX. Применение быстродействующего регулятора реактивной мощности, способного решить эту проблему, приводит к значительному усложнению генераторной установки, уменьшению ее надежности и увеличению массы.
Известна конструкция двухфазного асинхронного сварочного генератора с двумя обмотками на статоре [2]. Одна из этих обмоток является обмоткой возбуждения, к которой подключены конденсаторы возбуждения. Другая двухфазная обмотка статора является рабочей. К каждой фазе этой обмотки подключены компаундирующие конденсаторы и однофазный мостовой выпрямитель, выход которого соединен параллельно с выходом выпрямителей другой фазы. К этому объединенному выходу подключается сварочный электрод. При КЗ и сварке ток протекает через компаундирующие конденсаторы, что и обеспечивает работу генератора в этих режимах. На холостом ходу ток компаундирующих конденсаторов равен нулю, и возбуждение обеспечивается только за счет конденсаторов возбуждения. Емкость этих конденсаторов выбирается такой, чтобы обеспечить самовозбуждение и небольшое насыщение при работе в режиме XX. При этом магнитные потери на XX ходу существенно снижаются по сравнению с потерями у первого аналога.
Недостатком этого генератора является то, что при КЗ в сварочной цепи магнитный поток в воздушном зазоре создается намагничивающими токами, протекающими как в обмотке возбуждения, так и в рабочей обмотке. Ток, протекающий в рабочей обмотке и компаундирующих конденсаторах, вызывает увеличение реактивной (намагничивающей) мощности, что приводит к увеличению магнитного потока в зазоре. Это, во-первых, приводит к росту электрических потерь в обмотке возбуждения, т.к. по сравнению с режимом XX происходит увеличение ЭДС, напряжения и тока в этой обмотке. Во-вторых, увеличение потока сопровождается существенным насыщением магнитной системы и ростом магнитных потерь. Причем, чем больше сварочный ток, т.е. больше емкость компаундирующих конденсаторов, тем больше насыщение и потери. Таким образом, при КЗ и сварке в этом генераторе имеется существенный избыток реактивной мощности емкостного характера, который приводит к росту магнитных потерь.
Еще одним недостатком данного генератора, является то, что в нем процесс выпрямления переменного тока происходит при больших искажениях, чем в трехфазном мостовом выпрямителе. Это снижает качество сварки.
Прототипом предлагаемого изобретения, у которого отсутствует указанный выше недостаток, является асинхронный сварочный генератор [3]. Этот генератор имеет две трехфазные обмотки на статоре. Одна обмотка является обмоткой возбуждения. К ее клеммам подключены конденсаторы возбуждения, которые обеспечивают самовозбуждение и работу генератора на холостом ходу. Другая обмотка является рабочей. Начала фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения шунтирующих конденсаторов и выпрямителя, к выходу которого подключен сварочный электрод, а концы фаз этой обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник.
Однако и в этой конструкции при техническом КЗ и сварке, как и у аналога [2], увеличивается магнитный поток, сильно насыщается магнитная система и, как следствие, растут магнитные потери. При этом избыток намагничивающей (емкостной) реактивной мощности не используется для увеличения сварочного тока.
Технический результат, который обеспечивает заявленное изобретение, заключается в увеличении сварочного тока более чем на 50% и в снижении магнитных потерь в режиме технического КЗ и сварки.
Указанный технический результат достигают тем, что асинхронный сварочный генератор с двумя трехфазными обмотками на статоре, одна из которых - обмотка возбуждения имеет клеммы для подключения конденсаторов возбуждения, другая является рабочей обмоткой, начала фаз которой имеют клеммы для подключения выпрямителя со сварочным электродом в цепи постоянного тока, а концы фаз рабочей обмотки имеют клеммы для подключения компаундирующих конденсаторов, соединенных в треугольник, причем в пазы обмотки статора укладывается еще одна рабочая обмотка, концы фаз которой имеют клеммы для подключения трехфазной регулируемой индуктивности, а начала фаз имеют клеммы для подключения еще одного выпрямителя, выход которого соединен параллельно с выходом выпрямителя, включенного в цепь рабочей обмотки с компаундирующими конденсаторами.
Электрическая схема трехфазного асинхронного сварочного генератора с тремя обмотками статора представлена на фиг.1. На фиг.2 представлены внешние характеристики прототипа и предлагаемого устройства, а также соответствующие кривые изменения взаимной индуктивности в функции сварочного тока при одинаковых параметрах обмоток статора, ротора, компаундирующих конденсаторов, конденсаторов возбуждения.
1в
2в
3в
4
5
6
1
2
3
1.2
2.2
3.2
4.2
5.2
6.2
Трехфазный асинхронный сварочный генератор имеет на статоре обмотку возбуждения 1 и две трехфазные рабочие обмотки 2 и 3 (фиг.1). К клеммам С, С, С подключены начала фаз обмотки возбуждения 1 и конденсаторы возбуждения 4, соединенные в треугольник. К клеммам С, C, С подключены концы фаз первой рабочей обмотки 2 и компаундирующие конденсаторы 5, соединенные в треугольник. К клеммам С, С, С подключены начала фаз первой рабочей обмотки 2 и первый трехфазный мостовой выпрямитель 6. К клеммам C, C, С подключены начала фаз второй рабочей обмотки 3 и второй трехфазный мостовой выпрямитель 7. К клеммам C, C, С подключены концы фаз второй рабочей обмотки 3 и трехфазная регулируемая индуктивность 8. К выходу выпрямителей 6 и 7, соединенных параллельно, подключен сварочный электрод 9. Генератор имеет короткозамкнутый ротор 10 обычной конструкции. Число витков обмотки возбуждения 1 оптимизировано под рабочее напряжение конденсаторов возбуждения 4, обмотки 2 - под напряжение холостого хода (не более 100 В), а обмотки 3 - под максимальный сварочный ток. Под этот же ток подбирается индуктивность трехфазной регулируемой индуктивности 8.
Известно, что асинхронный генератор с конденсаторным самовозбуждением является системой с положительной обратной связью. При вращении его ротора 10, определенных значениях емкости конденсаторов 4, 5 и при наличии "стартера" (возмущения), в качестве которого могут выступать остаточная индукция, остаточный заряд на конденсаторах и т.д., генератор теряет устойчивость и начинается процесс асинхронного самовозбуждения. Процесс самовозбуждения сопровождается лавинообразным увеличением токов, потока и ЭДС, вплоть до наступления насыщения магнитной системы, при котором генератор устойчиво работает в установившемся режиме с конденсаторным самовозбуждением. В режиме холостого хода на сварочном электроде устанавливается напряжение, которое зависит от величины емкости конденсаторов 4 обмотки возбуждения 1 и числа витков первой рабочей обмотки 2, т.к. число витков этой обмотки больше, чем число витков второй рабочей обмотки 3. При работе под нагрузкой, с одной стороны, возрастают токи в первой рабочей обмотке 2 и компаундирующих конденсаторах 5, а с другой стороны, возрастают токи во второй рабочей обмотке 3 и индуктивности 8. При этом ток в первой рабочей обмотке 2 носит активно-емкостной характер, т.е. намагничивающий, а ток во второй рабочей обмотке 3 носит активно-индуктивный характер, т.е. размагничивающий. Эти токи после их выпрямления 6, 7 суммируются и протекают через сварочный электрод 9. При этом сварочный ток возрастает, а результирующий намагничивающий ток, создаваемый действием токов трех обмоток статора и тока ротора, уменьшается. Это уменьшение обусловлено размагничивающим действием тока второй рабочей обмотки 3. Уменьшение намагничивающего тока приводит к уменьшению потока в зазоре машины и к снижению магнитных потерь.
Следует еще раз подчеркнуть, что в сварочной цепи (электроде) предлагаемого решения протекает суммарный ток первой и второй рабочих обмоток. Этот ток существенно превышает сварочный ток прототипа, который создается только одной рабочей обмоткой, к которой подключены компаундирующие конденсаторы.
d
d
Увеличение сварочного тока более чем на 50% подтверждается результатами расчета внешних характеристик прототипа (пунктирная кривая 1) и предлагаемого решения (кривая 2), представленными на рис.2. По сравнению с прототипом увеличение тока составило 66%. Снижение магнитных потерь подтверждает сравнение зависимостей взаимной индуктивности от сварочного тока прототипа (пунктирная кривая 3) и предлагаемого решения (кривая 4). Естественно, что меньшему значению взаимной индуктивности соответствует большее насыщение магнитной цепи и большие магнитные потери. Прямая 5, пересекающая внешние характеристики, связывает рабочее напряжение и сварочный ток дуги U=20+0,04I [4].
Таким образом, предлагаемое решение позволяет увеличить более чем на 50% сварочный ток и уменьшить магнитные потери при технических КЗ и сварке.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1
1. Пат. №237406, ГДР, Н02К 47/10. Burstenijser schweib generator/juike Edmund, Dassel Jurgen; VEB Mansfeld - Kombinat Wilhelm Pick. 2763853; заявл. 16.05.85, опубл. 09.07.86.
2. Патент на изобретение RU №2404032, Н02К 17/00, H02P 9/46, B23K 9/00. Двухфазный асинхронный сварочный генератор /А.-З.Р. Джендубаев. - №2008149659/02; опубл. 20.11.10. Бюл. №32.
3. Патент на изобретение RU №2211519, Н02К 17/00, H02P 9/46, B23K 9/00. Асинхронный сварочный генератор. / А.-З.Р. Джендубаев. - №2001124752/09; опубл. 27.08.03. Бюл. №24.
4. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие. / Под ред. В.В. Смиронова. - Л.: Энергоатомиздат, 1986.