ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ СВАРОЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ ОБМОТОК СТАТОРА
THREE-PHASE ASYNCHRONOUS WELDING GENERATOR WITH ELECTRIC COUPLING OF 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 трехфазного асинхронного сварочного генератора с одной обмоткой на статоре, которая не имеет перечисленных выше недостатков [2]. К началам фаз обмотки статора подключаются шунтирующие конденсаторы (небольшой емкости) и выпрямитель со сварочным электродом. К концам фаз обмотки подключаются компаундирующие конденсаторы большой емкости, соединенные в треугольник.
Одним из недостатков данного генератора является то, что при техническом КЗ, вызванном прикосновением электрода к свариваемым деталям, шунтирующие конденсаторы закорачиваются. При этом напряжение снижается до нескольких вольт, соответственно до минимальных значений снижается и реактивная мощность этих конденсаторов. При сварке напряжение несколько возрастает, однако не достигает тех значений, которые имеют место при работе в режиме холостого хода. Таким образом, в режиме КЗ и сварки эти конденсаторы работают не эффективно.
Прототипом предлагаемого изобретения 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 работу генератора на холостом ходу и под нагрузкой. 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.
Недостатком данного трехфазного асинхронного сварочного генератора является то, что сварочный ток в основном зависит только от емкости компаундирующих конденсаторов, подключенных к рабочей обмотке. При КЗ или нагрузке этот ток, протекая через компаундирующие конденсаторы, увеличивает реактивную мощность, что вызывает увеличение магнитного потока в зазоре и ЭДС в обмотках. Последнее приводит к увеличению напряжения и бесполезному росту тока в обмотке возбуждения. Следует отметить, что ток, протекающий по обмотке возбуждения, мало способствует увеличению сварочного тока, поскольку между обмотками статора имеется только магнитная связь.
Технический результат, который обеспечивает заявленное изобретение, заключается в увеличении сварочного тока за счет последовательного включения рабочей обмотки и обмотки возбуждения, а также в снижении потерь холостого хода.
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 к клеммам начала фаз рабочей обмотки подключаются выпрямитель со сварочным электродом и концы обмотки возбуждения, к началам которой подключены конденсаторы возбуждения, а в сварочную цепь установлен ограничитель от перенапряжений, связанные с защитным отключающим устройством, установленным между обмоткой возбуждения и конденсаторами возбуждения.
Электрическая схема трехфазного асинхронного сварочного генератора представлена на фиг.1. На фиг.2 представлены внешние характеристики прототипа и предлагаемого устройства при одинаковых параметрах обмоток статора и емкостях конденсаторов.
4
5
6
1
2
3
1в
2в
3в
Генератор имеет короткозамкнутый ротор 1 обычной конструкции (фиг.1). В пазы статора асинхронного сварочного генератора уложена трехфазная рабочая обмотка 2 с небольшим числом витков и обмотка возбуждения 3 с большим числом витков, ЭДС которой оптимизирована под рабочее напряжение конденсаторов возбуждения 4. К клеммам C, C, C подключены концы фаз рабочей обмотки 2 и компаундирующие конденсаторы 5, соединенные в треугольник. К клеммам C, C, C подключены начала фаз рабочей обмотки 2 и концы фаз обмотки возбуждения 3, а также мостовой выпрямитель 6. К выходу выпрямителя 6 подключен сварочный электрод 7 и ограничитель от перенапряжений 8. К клеммам C, C, C подключены начала фаз обмотки возбуждения 3, двухфазное коммутирующее устройство 9 и конденсаторы возбуждения 4, соединенные в треугольник.
Генератор работает следующим образом. Поскольку он является системой с положительной обратной связью, то при вращении ротора 1, определенных значениях емкости конденсаторов 4 и 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 пропорционально числу витков обмоток 2, 3 и величине емкости конденсаторов 4, 5. При уменьшении сопротивления нагрузки возрастают токи в обмотках статора 2, 3, компаундирующих конденсаторах бив конденсаторах возбуждения 4.
При работе в режиме сварки или технологического КЗ сварочный ток создается, как рабочей обмоткой, так и обмоткой возбуждения, в отличие от прототипа, в котором сварочный ток создается только компаундирующей обмоткой. Соответственно, предлагаемое решение позволяет получить больший сварочный ток при тех же значениях емкости конденсаторов 4, 5 и числа витков обмоток 2, 3. Подтверждением этого служат внешние характеристики прототипа (пунктирная кривая) и предлагаемого решения (сплошная кривая), представленные на рис.2.
Следует отметить, что на холостом ходу напряжение, ЭДС, ток и магнитный поток в зазоре предлагаемого решения меньше, чем у прототипа (рис.2). Соответственно меньше как магнитные, так и электрические потери холостого хода. При стандартной для сварочных генераторов ПР 60% время работы на холостом ходу составляет 40% от времени цикла, поэтому снижение потерь XX позволит получить экономию топлива, которое потребляет приводной двигатель внутреннего сгорания.
При повреждении изоляции обмоткок генератора и возникновении перенапряжений на сварочном электроде 7, происходит срабатывание устройства защиты от перенапряжений 8, которое подает сигнал на отключение двухфазного коммутирующего устройства 9. При этом конденсаторы возбуждения 4 отключаются от обмотки возбуждения 3, что приводит к потере возбуждения генератора. Возможность возникновения перенапряжений обусловлена электрической связью между двумя обмотками статора.
Использование двух последовательно соединенных обмоток является неоспоримым конструктивным достоинством предлагаемого сварочного генератора. Это связано с тем, что, во-первых, возрастает сварочный ток, а во-вторых, уменьшаются потери холостого хода.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1
1. Пат. ГДР №237406, 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 полезную модель RU №98652 H02P 9/08. Трехфазный асинхронный сварочный генератор / А.-З.Р. Джендубаев. - №2009135765/07; Заяв. 28.09.2009; Опубл. 20.10.10. Бюл. №29.
3. Патент 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.