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 трансформаторы машин электрической 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. Хорошая магнитная связь у этого диска имеется только с секциями первичной обмотки, прижатыми к этому диску. Другие секции первичной обмотки, прижатые к другому диску вторичной обмотки, имеют плохую связь с диском, по которому протекает ток, так как они расположены далеко от него. Это приводит к ухудшению магнитной связи первичной и вторичной обмоток, следствием которого является увеличение индуктивности рассеяния трансформатора. Мощность трансформатора машины контактной сварки с выпрямлением сварочного тока, потребляемая из сети, зависит от индуктивности рассеяния трансформатора. Она существенно выше, чем при одновременном прохождении тока по первичной и вторичной обмоткам, что является основным недостатком трансформаторов, на вторичной стороне которых установлен выпрямитель со средней точкой. Мощность трансформатора определяет его габариты и массу (П.М. Тихомиров. Расчет трансформаторов. М. Энергия, 1968 г., стр. 87). Кроме того, повышенное рассеяние приводит к получению падающей внешней характеристики взамен жесткой, которая требуется для контактной сварки.
Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является трансформатор для контактной сварки 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 обеспечения загрузки током всех секций одновременно на всех ступенях включения, к одному и тому же диску вторичной обмотки прижаты катушки первичной обмотки, содержащие соединенные параллельно секции с одинаковым числом витков.) (а.с. 810409, авторы О.Н. Бокштейн и Ю.И. Горлов). В этом трансформаторе при любом переключении секций первичной обмотки ток протекает по всем виткам первичной обмотки и по одному диску вторичной. Он имеет повышенное рассеяние, повышенную мощность, потребляемую из сети, и падающую внешнюю характеристику. Кроме того, существенным недостатком прототипа является необходимость равенства числа витков катушек первичной обмотки, примыкающим к разным дискам вторичной обмотки. При несоблюдении этого условия магнитопровод будет односторонне намагничиваться, что приведет к чрезмерно большому току намагничивания и перегреву первичной обмотки.
Технической проблемой является слабая электромагнитная связь первичной и вторичной обмоток трансформатора в машинах контактной сварки с выпрямителем со средней точкой на вторичной стороне трансформатора, которая приводит к завышенной индуктивности рассеяния трансформатора, завышенной потребляемой мощности и падающей внешней характеристике машины контактной сварки.
Решение технической проблемы достигается тем, что источник питания для контактной сварки с двухполупериодным выпрямлением по схеме со средней точкой, включает трансформатор и два диода выпрямителя, при этом трансформатор содержит две вторичные дисковые обмотки, состоящие каждая, по крайней мере из одного диска, к которому прижата, по крайней мере, одна катушка, содержащая секции первичной обмотки, первичные обмотки трансформатора, прижатые к разным дискам, одинаковы, соединены последовательно и согласно, начало первичной обмотки, прижатой к одному диску вторичной обмотки соединено с катодом первого дополнительного диода, конец первичной обмотки, прижатой к другому диску вторичной обмотки, соединен с анодом второго дополнительного диода, а катод этого диода соединен с анодом первого дополнительного диода и с одним из выводов источника напряжения, при этом точка соединения первичных обмоток, прижатых к разным дискам вторичной обмотки, подключена к другому выводу источника напряжения.
Дополнительные диоды приводят к тому, что в каждый полупериод изменения входного напряжения ток протекает только по той части первичной обмотки, между секциями которой расположен диск вторичной обмотки с током. Этим достигается улучшение магнитной связи первичной и вторичной обмоток и обеспечивается уменьшение индуктивности рассеяния трансформатора, а, следовательно, и потребляемой источником питания мощности. При этом внешняя характеристика источника питания становится жесткой, поскольку индуктивность рассеяния существенно уменьшается. Расход меди обмоток трансформатора в заявляемом изобретении не превышает расход меди в прототипе, так как сечения всех секций первичной обмотки в два раза меньше, чем сечения соответствующих секций прототипа, поскольку ток в этих секциях проходит только в течении половины каждого периода изменения питающего напряжения.
Технический результат заключается в уменьшении индуктивности рассеяния трансформатора, следствием которого является уменьшение потребляемой источником питания мощности, которое в свою очередь ведет к уменьшению массы и габаритов трансформатора. Кроме того, уменьшение индуктивности рассеяния обеспечивает жесткую внешнюю характеристику источника питания, что улучшает качество сварки.
На чертеже приведена схема источника питания для контактной сварки с двухполупериодным выпрямлением по схеме со средней точкой. Схема симметрична относительно оси OO'
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, содержащие секции 5, 6, 7; диоды 10, 11, подключенные к дискам вторичной обмотки; дополнительный диод 12, катод которого подключен к аноду дополнительного диода 13 и к выводу 15 источника напряжения 16. Анод диода 12 соединен с началом первичной обмотки, прилегающей к одному диску вторичной обмотки, катод диода 13 соединен с началом первичной обмотки, прилегающей к другому диску вторичной обмотки. Точка соединения 17 первичных обмоток, примыкающих к разным дискам вторичной обмотки, соединена с выводом 14 источника 16. Кроме того, трансформатор содержит контактные группы переключателей ступеней 18-23.
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. Диод 13 препятствует прохождению тока по катушкам 8 и 9 первичной обмотки, а диод 11 прохождению тока по диску 2 вторичной обмотки. Поскольку катушки 3 и 4 прижаты к диску 1, индуктивность рассеяния в этом режиме приблизительно в четыре раза меньше, чем в прототипе. 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. Диод 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.