способ стабилизации электродугового процесса и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ стабилизации электродугового процесса, заключающийся в подаче от источника питания двух исходных переменных напряжений, в преобразовании их в постоянные и в подаче преобразованных напряжений на дуговой промежуток, отличающийся тем, что преобразованные напряжения перед подачей на дуговой промежуток складывают, причем первое исходное напряжение выбирают таким, чтобы после преобразования оно было равным напряжению стабильного горения дуги, зависящему от выбранного режима электродугового процесса и независящему от тока потребления, а второе исходное напряжение выбирают таким, чтобы после преобразования оно было равным напряжению стабильного зажигания и горения дуги, зависящему от тока потребления и независящему от выбранного режима электродугового процесса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зависимость второго преобразованного напряжения от тока потребления устанавливают переменной.

3. Устройство для стабилизации электродугового процесса, включающее, по меньшей мере, один источник исходных переменных напряжений с двумя выходами и, по меньшей мере, одной общей точкой, по меньшей мере, один регулятор тока и, по меньшей мере, однофазный мостовой выпрямитель, вход которого подключен к одному из выходов источника исходного переменного напряжения, а выход - к дуговому промежутку, отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, двумя конденсаторами, источник исходных переменных напряжений выполнен с, по крайней мере, одной общей точкой, к которой подключен вход однофазного мостового выпрямителя, первые выводы конденсаторов объединены в общую точку, которая подключена ко второму выходу источника исходного переменного напряжения через соответствующий регулятор тока, а вторые выводы конденсаторов присоединены к выходу мостового выпрямителя.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник исходных двух переменных напряжений выполнен в виде силового трансформатора с секционированной вторичной обмоткой.

5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что регулятор тока выполнен в виде дросселя и/или симистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к технике, использующей электродуговые процессы, а именно к способам и устройствам, обеспечивающим зажигание и устойчивое горение дуги.

Известен источник питания сварочной дуги (а.с. СССР N 1076227 B 23 K 9/00, опубл. БИ N 8 1984 г.), содержащий мостовой выпрямитель, вход которого подключен к вторичной обмотке силового трансформатора, а выход - к выходу источника питания, при этом в него введены двуплатный переключатель и два блока конденсаторов, первые выводы которых подключены к одному из концов вторичной обмотки трансформатора, а вторые выводы через двуплатный переключатель подключены соответственно к выходу выпрямителя.

Способ, реализованный в этом устройстве, включает подачу на электрод двух напряжений, одно из которых подают с диодного моста для обеспечения горения дуги, а другое подают с умножителя напряжения для обеспечения устойчивого зажигания дуги.

Способ стабилизации электродугового процесса, реализованный в этом устройстве, задает тяжелый режим работы конденсаторов, при котором зарядный ток ничем не ограничен, и, как следствие, из этого возникают импульсные перегрузки в сети, повышение потребляемой мощности. Недостатками такой конструкции источника питания являются неудовлетворительные массогабаритные характеристики ввиду наличия громоздкой батареи конденсаторов.

Известен способ регулирования напряжения при электродуговой сварке (патент СССР N1790475, B 23 K 9/06, опубл. БИ N3 1993 г.), заключающийся в подаче исходного напряжения, повышении исходного напряжения до величины напряжения зажигания дуги и снижении напряжения до величины устойчивого горения дуги, при этом величину исходного напряжения выбирают равной напряжению горения.

Недостатком такого способа регулирования напряжения является зависимость величины напряжения зажигания от исходного напряжения, например для уменьшения сварочного тока необходимо снизить исходное напряжение, при этом снизится напряжение зажигания, что неблагоприятно скажется на процессе возбуждения дуги, для увеличения сварочного тока необходимо увеличивать исходное напряжение, при этом увеличится напряжение зажигания до величины, превышающей оптимальное значение, что приводит к увеличению расхода электроэнергии, так как при больших сварочных токах стабильность зажигания и горения дуги повышается сама по себе, и нет необходимости повышать напряжение зажигания.

Известен источник питания для сварки черных и цветных металлов ("Сварка в машиностроении", Т. 4, М., Машиностроение, 1979 г., с. 85-88), в котором имеются два выпрямителя: один - основной с жесткой внешней характеристикой, предназначенный для питания дуги при установившемся процессе сварки, другой - вспомогательный с повышенным напряжением холостого хода и крутопадающей внешней характеристикой, предназначенный для возбуждения дуги в начальный момент сварки.

Способ, реализованный в этом устройстве, заключается в подаче на электрод двух напряжений, одного - с основного преобразователя, обеспечивающего горение дуги, другого - со вспомогательного преобразователя, обеспечивающего напряжение зажигания.

Недостатком этого способа является повышенный расход электроэнергии и невысокий коэффициент полезного действия устройства, реализующего данный способ.

Недостатком такого источника питания является наличие двух независимых выпрямителей, что усложняет конструкцию источника питания, ухудшает массогабаритные характеристики и себестоимость.

Задачей, решаемой изобретениями, является уменьшение расхода электроэнергии и упрощение конструкции источника питания, снижение себестоимости.

Поставленная задача решается за счет того, что стабилизацию электродугового процесса осуществляют путем подачи от источника питания двух исходных переменных напряжений, преобразовывают их в постоянные и подают преобразованные напряжения на дуговой промежуток, при этом преобразованные напряжения перед подачей на дуговой промежуток складывают, при чем первое исходное напряжение выбирают таким, чтобы после преобразования оно было равным напряжению стабильного горения дуги, зависящему от выбранного режима электродугового процесса и независящему от тока потребления, а второе исходное напряжение выбирают таким, чтобы после преобразования оно было равным напряжению стабильного зажигания и горения дуги, зависящему от тока потребления и независящему от выбранного режима электродугового процесса.

Кроме того, зависимость второго преобразованного напряжения от тока потребления устанавливают переменной.

А устройство для стабилизации электродугового процесса включает, по меньшей мере, один источник исходных переменных напряжений с двумя выходами и, по меньшей мере, одной общей точкой, по меньшей мере, один регулятор тока и, по меньшей мере, однофазный мостовой выпрямитель, вход которого подключен к одному из выходов источника исходного переменного напряжения, а выход - к дуговому промежутку, и, по меньшей мере, два конденсатора, а источник исходных переменных напряжений выполнен с, по крайней мере, одной общей точкой, к которой подключен вход однофазного мостового выпрямителя, первые выводы конденсаторов объединены в общую точку, которая подключена ко второму выходу источника исходного переменного напряжения через соответствующий регулятор тока, а вторые выводы конденсаторов присоединены к выходу мостового выпрямителя.

Кроме того, источник переменных напряжений выполнен в виде трансформатора с секционированными обмотками.

Кроме того, регулятор тока выполнен в виде дросселя и/или симистора, соединенных последовательно или параллельно.

Изобретения поясняются чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема устройства для однофазного включения, на фиг.2 - форма выходных характеристик устройства, реализующего способ, на фиг.3 - принципиальная схема устройства для трехфазного включения.

Способ стабилизации электродугового процесса может быть реализован следующим образом.

От источника переменных напряжений берут два исходных напряжения, величину одного из которых выбирают исходя из выбранного режима сварки, величину другого выбирают по формуле

,

где U_заж - напряжение устойчивого зажигания дуги.

Первое напряжение подают на вход мостового выпрямителя, а затем выпрямленное напряжение подают на дуговой промежуток.

Второе напряжение подают через дроссель на общую точку конденсаторов, а затем в режиме холостого хода увеличенное на также на дуговой промежуток. При установившемся процессе горения дуги величина выходного напряжения определяется напряжением мостового выпрямителя. Таким образом, устройство, реализующее заявляемый способ, имеет крутопадающую внешнюю характеристику при холостом ходе и в момент зажигания дуги и пологопадающую при горении.

Такая форма внешней характеристики обеспечивает устойчивое возбуждение дуги, устойчивое горение дуги независимо от типа применяемых электродов, квалификации сварщика, малое разбрызгивание электродного металла, экономию электроэнергии.

Наклон внешней характеристики на крутопадающем участке можно изменять в зависимости от выбранного режима электродугового процесса.

Устройство, реализующее заявляемый способ для однофазного включения, включает источник двух переменных напряжений - силовой трансформатор 1 (фиг. 1) с секционированной вторичной обмоткой, мостовой выпрямитель на диодах 2, 3, 4 и 5, вход которого соединен с вторичной обмоткой силового трансформатора 1 таким образом, что имеется возможность изменения напряжения на входе мостового выпрямителя путем переключения секций вторичной обмотки, выход диодного моста подключен через регулятор тока 6 к дуговому промежутку, конденсаторы 7 и 8 соединены последовательно, при этом общая точка конденсаторов присоединена через дроссель 9 к одной из секций вторичной обмотки силового трансформатора 1.

Регулятор тока может быть выполнен в виде дросселя и/или симистора. Дроссель и симистор могут быть соединены последовательно или параллельно.

Устройство работает следующим образом. На вход мостового выпрямителя подается переменное напряжение U_г с секций вторичной обмотки силового трансформатора 1, величина которого выбирается исходя из избранного режима электродугового процесса, например, сварки. Одновременно на общую точку конденсаторов 7, 8 через дроссель 9 подается напряжение U_заж от этого же трансформатора, величина которого в режиме холостого хода приводит к суммарному заряду конденсаторов 7, 8 до напряжения чем обеспечиваются условия оптимального зажигания дуги. В режиме холостого хода диоды 3, 5 закрыты и устройство работает в режиме параллельного удвоителя напряжения.

Заряд конденсаторов 7, 8 в режиме холостого хода происходит через дроссель 9, что обеспечивает при их зарядке отсутствие реактивной составляющей. При касании электродом детали конденсаторы 7, 8 разряжаются через дуговой промежуток, открывая диоды 3, 5, обеспечивая этим переход в режим мостового двухполупериодного выпрямителя с напряжением, величина которого уменьшилась в два раза и стала равна напряжению стабильного горения дуги.

Устройство для трехфазного включения содержит источники переменных напряжений - вторичные обмотки трехфазного трансформатора 10, мостовой трехфазный выпрямитель на диодах 11, 12, 13, 14, 15 и 16, вход которого присоединен к отводу соответствующей вторичной обмотки силового трансформатора, а выход - к выходу источника питания, шесть конденсаторов 17, 18, 19, 20, 21 и 22, первые выводы которых попарно объединены в общие точки, вторые выводы присоединены к выходу устройства, регуляторы тока 24, 25 и 26, одним своим выводом присоединенные к общим точкам конденсаторов 17 и 20, 18 и 21, 19 и 22 соответственно, а другими к отводам вторичной обмотки трансформатора 10.

Устройство работает следующим образом. На вход мостового выпрямителя подается трехфазное напряжение с секций вторичной обмотки силового трансформатора 10, величина которого выбирается исходя из выбранного режима электродугового процесса, например, сварки. Одновременно на общие точки конденсаторов 17 и 20, 18 и 21, 19 и 22 через регуляторы тока 24, 25 и 26 подается напряжение зажигания от этого же трансформатора, величина которого в режиме холостого хода приводит к суммарному заряду конденсаторов 17-22, чем обеспечиваются условия оптимального зажигания дуги.

Таким образом, реализация способа позволяет повысить устойчивость электросварочного процесса, снизить потери электроэнергии за счет оптимизации процесса поджига и стабилизации процесса горения дуги.