однофазный выпрямитель для сварки, стартерного пуска двигателя автомобиля и зарядки аккумуляторной батареи

Формула изобретения

ОДНОФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ДЛЯ СВАРКИ, СТАРТЕРНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ И ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ , содеpжащий тpансфоpматоp, сглаживающий pеактоp, два диода и четыpе тиpистоpа, пpи этом пеpвичная обмотка тpансфоpматоpа pасположена на одном стеpжне магнитопpовода, а втоpичная обмотка выполнена из тpех частей, pасположенных на двух стеpжнях, пpичем конец пеpвой части соединен с концом втоpичной обмотки, начало втоpой части соединено с выводом большего напpяжения, а начало тpетьей части соединено с выводом меньшего напpяжения, анод пеpвого и катод втоpого диодов соединены с концом втоpичной обмотки, отличающийся тем, что он снабжен пятым и шестым тиpистоpами, пеpвая часть втоpичной обмотки тpансфоpматоpа выполнена с отводом и pасположена на одном стеpжне с пеpвичной обмоткой, а остальные части втоpичной обмотки pасположены на дpугом стеpжне магнитопpовода, пpичем начало пеpвой части соединено с концом втоpой части, а конец пеpвой части соединен с концом тpетьей, анод пеpвого и катод втоpого тиpистоpов соединены с отводом пеpвой части втоpичной обмотки, анод тpетьего и катод четвеpтого тиpистоpов соединены с началом тpетьей части втоpичной обмотки, а анод пятого и катод шестого тиpистоpов соединены с началом втоpой части втоpичной обмотки, катоды пеpвого, тpетьего и пятого тиpистоpов и пеpвого диода пpисоединены к пеpвому выводу сглаживающего pеактоpа, втоpой вывод котоpого соединен с пеpвой выходной клеммой, а аноды втоpого, четвеpтого и шестого тиpистоpов и втоpого диода соединены с втоpой выходной клеммой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в переносных выпрямителях для ручной дуговой сварки плавящимися электродами, для стартерного пуска двигателей автомобилей и зарядки аккумуляторных батарей, с питанием однофазным напряжением, в т. ч. от бытовых электросетей.

Известен однофазный выпрямитель для сварки на постоянном токе, содержащий однофазный трансформатор, вторичная обмотка которого состоит из двух частей, расположенных на двух стержнях магнитопровода; переключатель выводов вторичной обмотки, контакты которого соединены с выводами вторичной обмотки; сглаживающий реактор; четыре диода, анод первого из которых и катод второго присоединены к концу вторичной обмотки, анод третьего и катод четвертого к одному из ответвлений вторичной обмотки; аноды второго и четвертого диодов соединены с одним выводом сглаживающего реактора, второй вывод которого образует положительный вывод выпрямителя, катоды первого и третьего диодов соединены вместе и образуют отрицательный вывод выпрямителя. Указанный выпрямитель осуществляет качественную сварку за счет сглаженного тока благодаря применению реактора.

Выпрямитель обеспечивает узкий диапазон ступенчатого (не плавного) регулирования сварочного тока, что ограничивает область его применения. Кроме того, ступенчатое регулирование значительно усложняет конструкцию трансформатора.

Наиболее близким к изобретению является однофазный сварочный выпрямитель [1] , который имеет больший диапазон и плавное регулирование сварочного тока за счет использования двухступенчатого цикла выпрямления благодаря применению выводов обмотки трансформатора большего и меньшего напряжений, когда меньший ток сварки и большая крутизна внешней характеристики осуществляется на выводе меньшего напряжения, а больший ток сварки и меньшая крутизна внешней характеристики за счет меньшего реактанса осуществляется на выводе большего напряжения.

Переход от одного цикла выпрямления к другому происходит при использовании управляемых тиристоров. Указанный выпрямитель, кроме того, обеспечивает дополнительные функции: заряд аккумуляторов и стартерный пуск двигателя автомобиля от тех же выпрямителей, которые используются для сварки.

Выпрямитель содержит трансформатор с первичной обмоткой, расположенной на одном стержне магнитопровода, вторичную обмотку из трех частей, расположенных на двух стержнях, причем конец первой части является концом вторичной обмотки, начало второй части является выводом большего напряжения, а начало третьей - выводом меньшего напряжения, сглаживающий реактор, два диода, анод одного из которых и катод второго соединены с концом вторичной обмотки, и четыре тиристора, причем начало первой и концы второй и третьей частей вторичной обмотки соединены вместе, и третья часть обмотки расположена с наибольшим удалением от зоны размещения первичной обмотки.

Целью изобретения является обеспечение безопасности эксплуатации выпрямителя за счет увеличения надежности работы.

Это достигается тем, что в однофазном выпрямителе, содержащем трансформатор с первичной обмоткой, расположенной на одном стержне магнитопровода, и вторичной обмоткой из трех частей, расположенных на двух стержнях, причем конец первой части является концом вторичной обмотки, начало второй части - выводом большего напряжения, а начало третьей - выводом меньшего напряжения; сглаживающий реактор, два диода, анод одного из которых и катод второго соединены с концом вторичной обмотки, и тиристоры, предложено первую часть вторичной обмотки трансформатора выполнить с ответвлением, напряжение которого соответствует напряжению аккумуляторной батареи, и расположить эту часть на одном стержне с первичной обмоткой, а остальные части вторичной обмотки расположить на другом стержне магнитопровода, причем начало первой части соединить с концом второй части, а конец первой части - с концом третьей; при этом выпрямитель должен иметь шесть тиристоров, анод первого и катод второго из которых соединен с ответвлением первой части, анод третьего и катод четвертого - с началом третьей части, а анод пятого и катод шестого - с началом второй части вторичной обмотки трансформатора; катоды первого, третьего и пятого тиристоров и первого диода присоединены к выводу сглаживающего реактора, второй вывод которого образует один вывод выпрямителя, и соединенные вместе аноды второго, четвертого и шестого тиристоров и второго диода образуют другой вывод выпрямителя.

Первая часть вторичной обмотки, расположенная на общем стержне с первичной обмоткой, имеет ответвление, соединенное с анодом первого и катодом второго дополнительно введенных тиристоров, которые при наличии двух диодов и заявленном соединении этих элементов с выводами трансформатора обеспечивают при стартерном пуске автомобиля безопасное напряжение, соответствующее напряжению аккумуляторной батареи, что гарантирует при запуске двигателя автомобиля в любых случаях напряжение на выводах выпрямителя не более 15 В.

Расположение первой части вторичной обмотки на общем стержне с первичной обмоткой обеспечивает хорошую электромагнитную связь между обмотками, тем самым обеспечивая малое напряжение короткого замыкания и, соответственно, жесткую внешнюю характеристику выпрямителя, необходимую для потребителя в режимах запуска автомобиля и для зарядки аккумуляторных батарей.

Вторая и третья части вторичной обмотки расположены на втором стержне магнитопровода трансформатора, что позволяет в сочетании с заявленным соединением их с первой частью вторичной обмотки, получить необходимое соотношение напряжений и напряжений к. з. (реактансов) на выводах вторичной обмотки, которое обеспечивает двухступенчатый цикл выпрямления в режиме сварки, когда меньший ток сварки и большая крутизна внешней характеристики из-за большего напряжения к. з. пары обмоток трансформатора осуществляется на выводе меньшего напряжения, а больший ток сварки и меньшая крутизна внешней характеристики из-за меньшего напряжения к. з. другой пары обмоток осуществляется на выводе большего напряжения.

Так, последовательное соединение конца второй части вторичной обмотки, расположенной на втором стержне магнитопровода, с началом первой части дает необходимое число витков и относительно большее напряжение, по сравнению с числом витков и соответствующим напряжением третьей части вторичной обмотки; в свою очередь напряжение к. з. пары обмоток: третья часть вторичной обмотки - первичная существенно больше, чем напряжение к. з. другой пары обмоток: вторая часть вторичной обмотки, последовательно соединенная с первой частью, - первичная из-за плохой электромагнитной связи третьей части вторичной обмотки с первичной обмоткой.

Присоединение начала третьей части вторичной обмотки к аноду третьего и катоду четвертого тиристоров в сочетании с двумя диодами, соединенными с концом вторичной обмотки, создает первый выпрямительный мост, обеспечивающий меньший ток сварки и большую крутизну внешней характеристики.

Присоединение начала второй части вторичной обмотки к аноду пятого и катоду шестого тиристоров в сочетании с теми двумя диодами создает второй выпрямительный мост, обеспечивающий больший ток сварки и меньшую крутизну внешней характеристики.

Регулирование тока сварки выполняется переключением тока с первого моста на второй, что обеспечивает переход с внешней характеристики большей крутизны (на выводе меньшего напряжения) на внешнюю характеристику меньшей крутизны (на выводе большего напряжения).

На фиг. 1 дана принципиальная электрическая схема выпрямителя; на фиг. 2 - трансформатор.

Однофазный выпрямитель для сварки стартерного пуска двигателя автомобиля и зарядки аккумуляторной батареи содержит трансформатор, у которого на одном из стержней магнитопровода 1 расположена первичная обмотка 2 и на двух стержнях три части 3,4 и 5 вторичной обмотки. Конец 6 первой части 3 является концом вторичной обмотки, начало 7 второй части 4 - выводом большего напряжения, а начало 8 третьей части 5 - выводом меньшего напряжения. Выпрямитель содержит также сглаживающий реактор 9 и два диода 10 и 11. При этом анод диода 10 и катод диода 11 соединены с концом 6 вторичной обмотки 12.

Первая часть 3 вторичной обмотки выполнена с ответвлением 13 таким образом, что напряжение между концом 6 обмотки и ответвлением соответствует напряжению аккумуляторной батареи. Напряжение аккумуляторных батарей практически всех легковых автомобилей равно 12 В.

Часть 3 расположена на том же стержне магнитопровода, что и первичная обмотка 2, части 4 и 5 - на другом стержне.

Начало первой части 3 (начала частей обмоток обозначены *) соединено с концом второй части 4, а конец первой части 3 с концом третьей части 5.

Выпрямитель снабжен шестью тиристорами 14 - 19. Анод первого тиристора 14 и катод второго 15 соединены с ответвлением 13 первой части 3 вторичной обмотки, анод третьего тиристора 16 и катод четвертого 17 - с выводом 8 меньшего напряжения (началом третьей части 5), анод пятого тиристора 18 и катод четвертого 19 соединены с выводами 7 большего напряжения (началом второй части 4) вторичной обмотки. Катоды тиристоров 14,1 6, 18 и диода 10 присоединены к выводу сглаживающего реактора 9, второй вывод которого образует положительный вывод 20 выпрямителя. Аноды тиристоров 15, 17, 19 и диода 11 соединены вместе и образуют второй (отрицательный) вывод 21 выпрямителя.

В режиме СВАРКА задействованы диоды 10,11 тиристоры 16,17,18 и 19. При малых значениях сварочного тока мостовой двухдиодный выпрямитель образуется диодами 10 и 11 и тиристорами 16,17. Он получает питание от концов 6 и 8 обмотки 5 меньшего напряжения. Необходимая при этом большая крутизна внешней характеристики обеспечивается большим напряжением короткого замыкания пары обмоток 5-2.

При больших значениях сварочного тока выпрямитель образует диодами 10 и 11 и тиристорами 18 и 19, он получает питание от концов 6 и 7 вторичной обмотки большего напряжения. При этом более жесткая (с меньшей крутизной) внешняя характеристика обеспечивается за счет меньшего напряжения к. з. этой обмотки в паре с первичной.

При промежуточных значениях сварочного тока задействованы диоды 10 и 11 и тиристоры 16,17,18 и 19, когда в течение каждого полупериода происходит переключение скачком с тиристоров 16 и 17 малого тока на тиристоры 18 и 19 большего тока.

Момент подачи сигнала управления на включение тиристоров 18 и 19 большого тока зависит от величины требуемого результирующего тока сварки. Работавшие в начале полупериода тиристоры малого тока 16 и 17 оказываются под обратным напряжением и потому закрываются. Среднее значение тока на сопротивлении нагрузки, которая подключается к выводам 20 и 21, складывается из средних значений токов, протекающих по тиристорам 16 и 17 в начальной части полупериода и по тиристорам 18 и 19 в оставшейся части полупериода.

Рассмотрим работу устройства в течение одного полупериода тока.

При положительном потенциале на отводе 6 и анодах диода 10 и тиристора 17 в случае наличия импульсов управления на тиристоре 17 будет протекать ток малого уровня по цепи: отвод 6 - диод 10 - реактор 9 - сопротивление нагрузки, которая подключается к выводам 20 и 21, - тиристор 17 - отвод 8 обмотки 5.

При подаче импульса управления на тиристор 19 большого тока начинает протекать ток по цепи: отвод 6 - диод 10 - реактор 9 - сопротивление нагрузки на выводах 20 и 21 - тиристор 19 и отвод 7 большего напряжения вторичной обмотки. Ток же по ранее описанной цепи прекращается, так как напряжение между отводами 7 и 8 (разность напряжений частей вторичной обмотки 5 и (3+4)) прикладывается к тиристору 17 в обратном направлении по цепи: отвод 8 - катод тиристора 17 - анод тиристора 19 - отвод 7.

Регулируя момент открывания тиристоров большого тока 18 и 19, получаем семейство внешних характеристик, обеспечивающих требуемый диапазон значений сварочного тока и заданные потребительские качества.

В режимах ПУСК и ЗАРЯД участвуют диоды 10 и 11 и тиристоры 14 и 15.

Образованный этими элементами выпрямительный мост получает питание от отвода 6 и ответвления 13 части 3 вторичной обмотки. Регулированием тока заряда аккумуляторной батареи и тока при стартерном пуске двигателя автомобиля осуществляется регулирование момента открывания тиристоров 14 и 15.

Напряжение на ответвлении 13-12 В соизмеримо с напряжением аккумуляторной батареи.

Таким образом в режиме ПУСК стабильно, практически в любых условиях, даже при случайном нарушении контакта выпрямителя с параллельно включенной аккумуляторной батареей гарантируется надежная работа устройства и безопасное для пользователя напряжение 12 В.

При заряде величина тока определяется разностью напряжения выпрямителя и аккумуляторной батареи, и по мере зарядки аккумуляторной батареи этот ток уменьшается до некоторой стабильной величины при окончании зарядки аккумулятора. При желании в данном устройстве ток заряда может быть увеличен путем регулирования момента открывания тиристоров 14 и 15.

При стартерном запуске автомобиля, который осуществляется с помощью данного выпрямителя, преимущественно в холодное время года, на клеммы 21 и 20 параллельно подключаются аккумулятор автомобиля и стартер. Такой запуск уменьшает ток аккумулятора, увеличивает срок его службы.

Данный однофазный выпрямитель обеспечивает плавное регулирование тока сварки в широком диапазоне, гарантирует безопасность работы и увеличивает надежность устройства.

При использовании в быту выпрямителя, разработанного заводом УЭТМ в соответствии с заявляемым решением, ток сварки регулируется от 30 до 140 А.

Выпрямитель обеспечивает заряд 12-вольтовых аккумуляторов током от 2 до 20 А, осуществляя номинальный или форсированный заряд аккумуляторов емкостью от 40 до 100 А/ч. При параллельном включении выпрямителя и аккумулятора можно обеспечить стартерный запуск легкового автомобиля пусковым током 180-200 А, при этом выпрямитель возьмет на себя 30-50% пускового тока, что позволяет осуществлять стартерный пуск легковых автомобилей в холодное время года, увеличивает срок службы аккумулятора.

Устройство характеризуется высокой надежностью в эксплуатации и безопасностью для пользователя. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1547987, кл. В 23 К 9/00, 1987.