устройство для возбуждения электрической дуги переменного тока

Формула изобретения

1. Устройство для возбуждения электрической дуги переменного тока, содержащее источник питания дуги, импульсный трансформатор, зарядную цепь и разрядный контур, образованный накопительным конденсатором, тиристором и первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная высоковольтная обмотка которого включена в сварочную цепь, отличающееся тем, что импульсный трансформатор снабжен второй высоковольтной вторичной обмоткой, а зарядная цепь состоит из высоковольтного колебательного контура, образованного параллельно включенными конденсатором и индуктивностью, разрядника, разделительного конденсатора и высоковольтного накопительного конденсатора, при этом высоковольтный накопительный конденсатор через разрядник параллельно подключен к высоковольтному колебательному контуру, который включен последовательно с источником питания дуги и параллельно с первой высоковольтной вторичной обмоткой, а разрядник последовательно соединен со второй высоковольтной вторичной обмоткой, параллельно подсоединенной через разделительный конденсатор к источнику питания дуги.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в зарядную цепь параллельно источнику питания дуги включена дополнительная схема поджига дуги на постоянном токе, содержащая накопительный конденсатор и цепи заряда и разряда, каждая из которых состоит из диода и резистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для возбуждения и стабилизации горения дуги при ручной аргонодуговой сварке алюминия и его сплавов неплавящимся электродом.

Известен стабилизатор сварочной дуги переменного тока, содержащий зарядный трансформатор, две полупериодные зарядные цепи, каждая из которых содержит одну из вторичных обмоток зарядного трансформатора, диод, конденсатор и разрядный тиристор.

Для управления тиристорами используется импульсный трансформатор, который является одновременно фазирующим элементом и источником импульсов управления. В каждую схему управления тиристором введены цепь из последовательно соединенных дополнительной вторичной обмотки зарядного трансформатора и диода и параллельно подключенный к ней конденсатор, а также транзистор, резистор, дополнительный диод и стабилитрон (см. авт. свидетельство СССР N 791488, кл. В 23 К 9/06, 1979 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относятся низкое качество сварочного соединения и ненадежность работы устройства.

Известно устройство для сварки на переменном токе, содержащее сварочный трансформатор, блок стабилизации, включающий вспомогательный источник питания, обмотка которого через конденсатор и коммутатор подключена параллельно промежутку электрод - изделие. Вспомогательный источник питания выполнен в виде трансформатора с одной первичной и тремя вторичными обмотками и замкнутым магнитопроводом из стали (см. авт. свидетельство СССР N 751538, кл. В 23 К 9/06, 1977 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится низкая эффективность действия ввиду отсутствия полной синхронизации момента выдачи стабилизирующих импульсов с моментом перехода тока дуги через ноль, большие габаритные размеры и масса, а также невысокая надежность.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для возбуждения электрической дуги переменного тока, содержащее источник питания, импульсный трансформатор, зарядную цепь и разрядный контур, образованный накопительным конденсатором и первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого включена в сварочную цепь (см. авт. свидетельство СССР N 1613263, кл. В 23 К 9/08, 1988 г.), принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся малоэффективность действия, невысокая надежность, большие габаритные размеры и масса известного устройства.

В основу изобретения "Устройство для возбуждения электрической дуги переменного тока" поставлена задача путем усовершенствования известного устройства обеспечить первоначальное бесконтактное возбуждение и высокую стабильность дугового разряда, повысить надежность и безопасность работы устройства при его минимальных габаритах и весе.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для возбуждения электрической дуги переменного тока, содержащем источник питания дуги, импульсный трансформатор, зарядную цепь и разрядный контур, образованный накопительным конденсатором, тиристором и первичной обмоткой импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого включена в сварочную цепь, особенность заключается в том, что импульсный трансформатор снабжен второй высоковольтной вторичной обмоткой, а зарядная цепь состоит из высоковольтного колебательного контура, образованного параллельно включенными конденсатором и индуктивностью, разрядника, разделительного конденсатора и высоковольтного накопительного конденсатора; при этом высоковольтный накопительный конденсатор через разрядник параллельно подключен к высоковольтному колебательному контуру, который включен последовательно с источником питания дуги и параллельно с первой высоковольтной вторичной обмоткой, а разрядник последовательно соединен со второй высоковольтной вторичной обмоткой, параллельно подсоединенной через разделительный конденсатор к источнику питания дуги.

Кроме того, в зарядную цепь параллельно источнику питания дуги включена дополнительная схема поджига дуги на постоянном токе, содержащая накопительный конденсатор и цепи заряда и разряда, каждая из которой состоит из диода и резистора.

Между совокупностью существенных признаков, перечисленных выше из формулы изобретения, и вышеперечисленным техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь:

- предлагаемое конструктивное решение устройства за счет возможности существенного снижения эффективности напряжения импульса поджига дуги обеспечивает безопасность работы с устройством, его надежность и стабильность поджига дуги, позволяет использовать устройство для возбуждения дуги на любых токах без ограничений;

- индуктивность, выполненная в виде катушки, намотанной медной или алюминиевой шиной с шагом без сердечника, мала. Наличие дополнительного напряжения, создаваемого вторичной обмоткой импульсного трансформатора, действующего одновременно с высоковольтными колебаниями, увеличивает время пробоя дугового промежутка и обеспечивает надежное развитие основной дуги. Выбор соотношения между амплитудами высоковольтного импульса и дополнительным импульсом напряжения при заданной динамике источника питания дуги обеспечивает высокую эффективность разбития окисной пленки на алюминии;

- импульсный трансформатор непосредственно не включен в силовую цепь питания дуги, что позволяет выполнить его малых размеров с заданными значениями индуктивностей обмоток;

- наличие дополнительной схемы поджига дуги на постоянном токе способствует увеличению времени пробоя дугового промежутка, необходимого для надежного поджига основной дуги.

Достижение указанного выше технического результата возможно при наличии совокупности всех существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, при отсутствии одного из них технический результат достигнут быть не может.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

На фиг.1 дана принципиальная электрическая схема устройства.

На фиг. 2 - принципиальная электрическая схема дополнительного поджига дуги на постоянном токе.

Устройство состоит из источника питания дуги 1, импульсного трансформатора 2, который имеет одну первичную обмотку 3 и две вторичные обмотки 4 - 5. Разрядный контур образован накопительным конденсатором 6, тиристором 7 и первичной обмоткой 3 импульсного трансформатора 2. Зарядная цепь содержит высоковольтный колебательный контур 8, образованный параллельно включенным конденсатором 9 и индуктивностью 10, разрядник 11, разделительный конденсатор 12 и высоковольтный накопительный конденсатор 13.

Высоковольтный накопительный конденсатор 13 через разрядник 11 параллельно подключен к высоковольтному колебательному контуру 8, который включен последовательно с источником питания дуги 1 и параллельно через разрядник 11 с первой высоковольтной вторичной обмоткой 4 импульсного трансформатора 2. Разрядник 11 последовательно соединен со второй высоковольтной вторичной обмоткой 5 импульсного трансформатора 2, которая параллельно подсоединена к источнику питания дуги 1 через разделительный конденсатор 12.

На чертеже также показаны горелка 14, изделие 15, источник питания устройства 16 и схема управления тиристором 17.

Кроме того, в зарядную цепь параллельно источнику питания дуги 1 включена дополнительная схема поджига дуги на постоянном токе, содержащая накопительный конденсатор 18 и две цепи заряда и разряда, каждая из которых состоит из резистора 19-20 и диода 21- 22.

Работает устройство следующим образом.

Накопительный конденсатор 6 (фиг. 1) заряжается через первичную обмотку 3 импульсного трансформатора 2 от источника питания устройства 21 до напряжения 500 В. На управляющий электрод тиристора 7 со схемы управления тиристором 17 подаются импульсы управления частотой 100 Гц, фазированные с напряжением источника питания дуги 1. Тиристор 7 включается и обеспечивает разряд накопительного конденсатора 6 через первичную обмотку 3 импульсного трансформатора 2. Колебательный процесс в контуре - накопительный конденсатор 6, тиристор 7, первичная обмотка 3 импульсного трансформатора 2 - обеспечивает запирание тиристора 7, а накопительный конденсатор 6 заряжается от источника питания устройства до 500 В до прихода очередного импульса управления тиристором 7.

Во время разряда накопительного конденсатора 6 на второй высоковольтной вторичной обмотке 5 импульсного трансформатора 2 возникает импульс напряжения амплитудой 10 кВ и обеспечивается заряд высоковольтного накопительного конденсатора 13. При достижении на высоковольтном накопительном конденсаторе 13 напряжения пробоя разрядника 11 порядка 6 - 8 кВ, разрядник 11 пробивается, высоковольтный накопительный конденсатор 13 разряжается на высокочастотный колебательный контур 8, образованный конденсатором 9 и индуктивностью 10, и в высоковольтном колебательном контуре 8 возбуждается высокочастотное высоковольтное колебание. Высоковольтный колебательный контур 8 включен последовательно с источником питания дуги 1 и возникающие высокочастотные высоковольтные колебания в высоковольтном колебательном контуре 8 обеспечивают пробой дугового промежутка. Через индуктивность 10 протекает также и ток основной дуги, значения которого порядка 300 - 500 А, поэтому индуктивность 10 выполнена в виде катушки, намотанной медной или алюминиевой шиной и шагом без сердечника.

Собственная индуктивность такой катушки мала и, соответственно, время, в течение которого дуговой промежуток оказывается пробитым, недостаточно для развития основной дуги. Именно поэтому параллельно источнику питания дуги 1 через разделительный конденсатор 12 подключена вторая высоковольтная вторичная обмотка 5 импульсного трансформатора 2, на которой во время разряда накопительного конденсатора 6 создаются импульсы напряжения 500 В, длительность которых значительно превышает период высоковольтных высокочастотных колебаний. Наличие дополнительного напряжения, создаваемого второй высоковольтной вторичной обмоткой 5 импульсного трансформатора 2, действующего одновременно с высоковольтными колебаниями, увеличивает время пробоя дугового промежутка и обеспечивает надежное развитие основной дуги. Выбор соотношения между амплитудами высоковольтного импульса и дополнительным импульсом напряжения при заданной динамике источника питания дуги 1 обеспечивает высокую эффективность развития окисной пленки на алюминии. Поскольку конструктивно импульсный трансформатор 2 непосредственно не включен в силовую цепь питания дуги, это позволяет выполнить его малых размеров с заданными значениями индуктивностей обмоток, что обеспечивает надежную работу схемы. Исполнение индуктивности 10 в виде катушки без сердечника и включение ее в силовую цепь позволяет использовать заявляемое устройство для возбуждения дуги на любых токах без ограничений.

Источник питания дуги 1 обычно имеет значительно большее время развития основного разряда, что объясняется наличием значительно большей индуктивности силовой цепи. А значит, и длительности пробоя дугового промежутка недостаточно для развития основной дуги.

Для увеличения времени пробоя дугового промежутка включена дополнительная цепь поджига дуги на постоянном токе (фиг.2), которая в промежутках между пробоями заряжается до напряжения холостого хода источника питания дуги 1 и при пробое дугового промежутка (с 5 разряжается) поддерживает разряд на время, необходимое для надежного поджига основной дуги. Заряд происходит по цепи : диод 21 - резистор 19 - резистор 20. Накопительный конденсатор 18 заряжается от источника питания 1. Разряд накопительного конденсатора 18 происходит по цепи: резистор 20 - диод 22 - дуговой промежуток. В результате поддерживается дуга на период времени, необходимый для развития основной дуги по схеме на фиг. 1.

Таким образом, упрощение конструкции устройства для возбуждения электрической дуги переменного тока позволило повысить надежность его работы и обезопасить работу сварщика, снижены масса и габариты устройства, а также затраты труда на его изготовление.