Источник питания дуги переменного тока

щ 538839 ОП ИСАН И ЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Реслублик(51) М. Кл,2 В 23 К 9/00 Государственный комитет Совета Министров СССР ло делам изобретенийи открытий 53) УДК 621.791.75.ания 18.08.7 та опубликования о Авторызобретен А. Беляев, Е, Н, фисунов и В. И. Каши нститут металлургии им. А. А. Байкова(54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ТО Изобретение относится к источникам переменного тока и предназначено преимущественно для использования при дуговой плавке и сварке металлов как плавящимся, так и неплавящимся электродом в среде защит- ното газа, вакууме или на воздухе, а также и тех случаях, когда возникает необходимость питать нагрузку переменным асимметричным током, например при электролитическом железнении из хлористых электролитов и т, д,Известны источники питания дуги переменного тока, содержащие трансформатор, во вторичную цепь которого последовательно с нагрузкой включен вентиль, зашунтированный активным сопротивлением 1. Указанный источник имеет низкий КПД, поскольку при его работе часть энергии, трансформируемой из первичной во вторичную обмотку трансформатора, бесполезно рассеивается на активном сопротивлении. Кроме того, при использовании такого источника трудно получить большую выходную мощность, поскольку постоянная составляюшая в токе насыщает магнитопровод трансформатора,Известны источники для питания дуги переменного тока, включающие сварочный выпрямитель и блок силовых управляемых вентилей, позволяющие раздельно регулировать длительность или амплитуду положительной или отрицательной частей периода 21. Известные источники имеют низкий КПД,поскольку требуют преобразования переменного тока в постоянный с помощью выпрямителя, а затем обратного преобразования - 5 постоянного тока в переменный. К тому жесложность схемы указанных источников ограничивает их область использования.Наиболее близким к предлагаемому является источник питания дуги переменного тока, 10 содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух полуобмоток с отводами на концах, причем один из отводов подключен к нагрузке через вентиль.Однако известный источник питания имеет 15 низкий КПД за счет рассеяния энергии на регулируемом сопротивлении (активном сопротивлении или дросселе), кроме того, источник не позволяет изменять знак постоянной составляющей и регулировать ее.20 С целью повышения КПД источника, полуобмотки вторичной обмотки трансформатора включены встречно и их средняя точка соединена с нагрузкой, второй отвод также подключен к нагрузке через вентиль, причем оба 25 вентиля выполнены управляемыми, а катододного соединен с анодом другого.Такое решение позволяет повысить коэффициент полезного действия источника, а также генерировать постоянную составляющую 30 тока в нагрузке как положительной, так и от15 65 рицательной полярности и регулировать еевеличину в широких пределах, т. е. перераспределять энергию между электродом и ваннои жсдкого металла при сварке ялн дуГовоиплавке, и тем самым повысить качество сварки или переплавляемого металла.Предлагаемый источник питания дуги переменного тока показан на чертеже,Источник содеожит трансформатор 1, вторичная обмотка которого выполнена из двухвстречно включенных полуобмоток 2 и 3, концы которых имеют отводы 4 и 5. Отводы полуобмоток 2 и 3 через переключающие элементы 6 и 7 и согласно включенные управляемые вентили 8 и 9 соединены электрическидруг с другом, При этом точка соединениявентилсй через дроссель 10 подсоединена кодному из зажимов нагрузки 11.Второй зажим нагрузки подключен к точкесоединений полуобмоток. В качестве вентилей 8 и 9 использованы управляемые вентили, управляющие электроды которых подсоединены к блокам 12, 13 формирования управляющего импульса.Схема работает следующим образом.В зависимости от необходимого режимаработы источника: режима генерации постоянной составляющей тока прямой полярности, режима работы с постоянной составляющей обратной полярности или режима генерации тока и напряжения с равными амплитудами положительной и отрицательнойполуволн (без постоянной составляющей),соответствующие отводы вторичных полуобмоток с помощью переклочающих элементов соединяют с анодом управляемого вентиля 8 и катодом управляемоговентиля 9. Далее подают напряжение на первичную обмотку силового трансформатора изажигаот электрическую дугу, При этом электродвижущая сила полуобмотки 2 вторичнойобмотки силового трансформатора в положительный полупериод (плюс на отводах) замыкается через переключающий элемент 6,вентиль 8, дроссель 10 и нагрузку 11 на среднюю точку вторичной обмотки, В этот периодчерез управляемый вентиль 9 ток не проходит, так как на управляющий электрод непоступает управляющий импульс, В отрицательный полупериод (минус на отводах),ЗДС полуобмотки 3 замыкается через нагрузку, дроссель, управляемый вентиль и переключающий элемент 7 на отводы 5, так какв момент формирования отрицательной полуволны на управляющий электрод вентиля 9поступает положительный импульс напряжения.Запирание управляемых вентилей 8, 9 осуществляется по силовой цепи за счет уменьшения тока через них до пороговой величины.Так как ток при такой схеме через нагрузкупротекает в разных направлениях в течениекаждого из полупериодов, но величина амплитуды тока в каждый из полупериодов различна, то такое соотношение токов эквива 2 О 25 зо 35 40 45 50 55 60 лентно генерации постоянной составляющей тока дуги. При этом полярность постоянной составляющей тока зависит от соотношения витков 2 и 3, иодключенных через переключающие элементы к нагрузке. В качестве переключающих элементов могут быть использованы известные тиристорные переключатели, что позволяет выполнить переключение отводов под нагрузкой.Формирование управляющих импульсов, подаваемых на вентили 8, 9, может быть осуществлено от первичной обмотки силового трансформатора через пик-трансформаторы с постоянным подмагничиванием.Контроль величины постоянной составляющей тока или напряжения может быть приведен с помощью приборов магнитоэлектрической системы, зашунтированных емкостью,В том случае, если отводы полуобмоток подсоединяются к нагрузке во время работы так, что напрйкение на полуобмотке 2 всегда будет меньше напряжения на полуобмотке 3, то вместо управляемого вентиля 9 может быть использован неуправляемый вентиль. Принцип работы схемы при этом не меняется. Иллюстрацией такого подсоединения может служить тот случай, когда источник используется при электролитическом железнении из хлористых электролитов.Предлагаемый источник может быть использован как для дуговой сварки с подавлением постоянной составляющей, возникаюшей в процессе горения дуги, так и при плавлении металла.В случае плавления тугоплавких металлов в вакууме с целью рафинирования необходимо генерировать постоянную составляющую прямой полярности (мипус на расходуемом электроде). Благодаря наличию постоянной составляющей прямой полярности мощность, выделяемая на слитке, увеличивается, что приводит к повышению температуры жидкой ванны и форсированию процессов рафинирования металла, т. е, к улучшению качества металла.Г 1 ри плавлении легкоплавких металлов (алюминия, стали и др.) необходимо генерировать постоянную составляющую обратной полярности, что ведет к перераспределению мощности между расходуемым электродом и ванной жидкого металла, т. е. к повышению качества металла.При плавке металлов в вакууме (как тугоплавких, так и легкоплавких) с целью увеличения производительности плавильного агрегата, например подготовки расходуемых электродов для дальнейшего переплава, регулирование отношения амплитуд полуволн прямой и обратной полярности позволяет увеличивать скорость плавки расходуемых электродов по сравнению со скоростью плавки при питании от источника, генерирующего ток с одинаковыми амплитудами полуволн тока при той же мощности, подводимой к электр одуговому промежутку.538839 Формула изобретения Составитель И, Лурье Тсхред М. Семенов Корректор А, Степанова Редактор Л. Мозжечкова Заказ 1876/1 Изд, М 650 Тираж 1207 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 5При этом благодаря наличию в цепи нагрузки переменной индуктпвности (дросселя 10) осуществляется сдвигфаз между мгновенными значениями тока и напряжения, т, е. повышается стабильность горения дуги (улучшается динамическая характеристика источника). С помощью дросселя 10 может регулироваться мощность, подводимая к нагрузке.Поскольку величины токов в полуобмотках изменяются обратно пропорционально изменению числа витков, подсоединенных к нагрузке, в магнитопро воде трансформатора создаются одинаковые магнитные потоки в оба полупериода, а ток первичной цепи также одинаков по абсолютной величине в оба полупериода.Предлагаемая конструкция источника для дуговой плавки и сварки была испытана на модели в лаборатории Института металлургии им. А. А. Байкова,В качестве трансформатора использовался трансформатор ТОс четырьмя вторичными обмотками: 1-й на напряжение 59,5 В; 2-й на 43,5 В и двух обмоток на 6,4 В при питании первичной обмотки номинальным напряжением (220 В),В качестве вентилей использовались диод типа Д 7 Э и тиристор 2235 А, полуобмоткой 3 служила обмотка с номинальным напряжением 59,5 В, а в качестве полуобмотки 2 использовались две обмотки с суммарным номинальным напряжением 12,8 В и обмотки на 43,5 В. Нагрузкой 11 служили три сопротивления ЛЭВ, включенные в параллель. Постоянная составляющая напряжения на нагрузке измерялась с помощью вольтметра магнитоэлектрической системы с внутренним сопротивлением 2000 Ом, зашунтированного 6емкостью 600 мкф (тип МБГО), последовательно с которым былО включено активное сопротивление 500 Ом. Величина постоянной составляющей определялась по формулеА=У, 1+ где Ув - показание вольтметра,Рвольт - СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОЛЬТМЕТра,Г 0 йоо - сопротивление, включенное последовательно с вольтмером.Испытаниями подтверждена работоспособность предлагаемой схемы как в статическом,так и в динамическом режиме.15 Источник питания дуги переменного тока,содержащий трансформатор, вторичная об 20 мотка которого выполнена из двух полуобмоток с отводами на концах, причем один изотводов подключен к нагрузке через вентиль, отличающийся тем, что, с цельюповышения КПД источника, указанные полу 25 обмотки включены встречно, их средняя точка соединена с нагрузкой, второй отвод также подключен к нагрузке через вентиль, причем оба вентиля выполнены управляемыми, акатод одного соединен с анодом другого.30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Б. Е. Патон, В. К. Лебедев Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки,М., 1966, с. 34, рис. 1,30.35 2, Авторское свидетельство СССР 202400,кл, В 23 К 9/00, 1965,3. Авторское свидетельство СССР238700,кл. В 23 К 9/00, 1967.