RU2030307C1

RU2030307C1 - Electric arc welder supplied from vehicle circuit

Info

Publication number: RU2030307C1
Application number: SU914927960A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Шпади; С.Л. Шпади; С.В. Маликов
Original assignee: Шпади Андрей Леонидович
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: electrical equipment of automotive vehicles. SUBSTANCE: novelty is that small-size three-phase transformer is connected to stator windings of standard generator of automotive vehicle and series resistors are placed in generator field winding circuit which are commutated synchronously with turns of transformer primary winding by means of four-pole duty selector switch. Control over welding rate is provided by pilot incandescent lamp connected between ballast resistor of generator and storage battery. In process of welding storage battery is charged with current sufficient to supply field winding and electric circuits of vehicle internal combustion engine. EFFECT: optimum matching of generator resistance with characteristics of arc and electric tools. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрооборудованию автотранспортной техники и может быть использовано для электродуговой сварки и резки металлов от бортовой сети автомобиля, а также питания электроинструмента в полевых условиях. The invention relates to electrical equipment of motor vehicles and can be used for electric arc welding and cutting of metals from the vehicle electrical system, as well as power tools in the field.

Целью настоящего изобретения является увеличение мощности и КПД автомобильного электрооборудования при его использовании в альтернативном режиме питания электросварки и малогабаритного электроинструмента. The aim of the present invention is to increase the power and efficiency of automotive electrical equipment when used in an alternative mode of power supply for electric welding and small-sized power tools.

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства электродуговой сварки; на фиг. 2 - вольт-амперные характеристики, поясняющие ее работу. In FIG. 1 is a schematic diagram of an electric arc welding device; in FIG. 2 - volt-ampere characteristics that explain its operation.

В состав предлагаемого устройства кроме штатного автомобильного генератора трехфазного тока 1 с обмоткой возбуждения 2, подключенной через регулятор напряжения 3 к аккумулятору 4 и шестиполупериодному выпрямителю на встроенных диодах 5, входит трехстержневой трансформатор 6, у которого трехфазные первичные обмотки 7 включены "звездой" и снабжены (n) свободными отводами промежуточных витков, соединенные (n+1) контактами коммутатора 8. Три ползунка, переключающие контакты коммутатора 8 подключены к фазным выводам обмоток генератора 1, а четвертый ползунок - коммутирует контакт (n-1) дополнительных резисторов 9 регулятора напряжения 3 и в 1, исходном состоянии соединяет выходной контакт встроенного выпрямителя (5) непосредственно с регулятором напряжения 3 и аккумулятора 4, который через контрольную лампу накаливания 10 связан с клеммой электродержателя 11, подключенный через баластный резистор 12 к выходному контакту встроенного выпрямителя 5 и через защитную емкость 13 - к аккумулятору 4. Кроме того эта клемма электродержателя 11 соединена с дополнительным диодным выпрямителем 14 тока вторичных понижающих обмоток 15 трансформатора 6, в стержнях которого расположены так же повышающие обмотки 16 со своими клеммами питания электроинструмента повышенной частоты 17. При питании электроинструмента с двигателями постоянного тока повышающие обмотки трансформатора 16 могут подключаться к своим клеммам 17 через дополнительные диоды, аналогичные диодам 14. The structure of the proposed device, in addition to the standard automobile three-phase current generator 1 with an excitation winding 2, connected through a voltage regulator 3 to the battery 4 and a half-wave rectifier on the built-in diodes 5, includes a three-rod transformer 6, in which the three-phase primary windings 7 are connected by a "star" and equipped with ( n) free taps of the intermediate turns connected by (n + 1) contacts of the switch 8. Three sliders, switching contacts of the switch 8 are connected to the phase terminals of the windings of the generator 1, and four nth slider - switches the contact (n-1) of additional resistors 9 of the voltage regulator 3 and 1, in the initial state it connects the output terminal of the built-in rectifier (5) directly to the voltage regulator 3 and the battery 4, which is connected through the control lamp 10 to the terminal of the electrode holder 11 connected through a ballast resistor 12 to the output terminal of the built-in rectifier 5 and through a protective capacitance 13 to a battery 4. In addition, this terminal of the electric holder 11 is connected to an additional diode rectifier 14 lowering toric windings 15 of the transformer 6 may be connected to their terminals 17 via an additional diode in rods which are arranged so as increase the winding terminals 16 with their high frequency power supply 17. When power is power with DC motors up transformer windings 16, similar to diodes 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

При нахождении ползунков переключателя режимов 8 в исходном, крайнем левом положении I - трехфазный трансформатор 7 отключается от генератора 1 и в бортовой сети автомобиля восстанавливается обычная схема электропитания, при которой выходная клемма встроенного выпрямителя 5 соединяется с аккумулятором 4 и резистором 3, так, что контрольная лампа накаливания 10 не горит, поскольку ее выводы закорочены переключателем режимов 8. После пуска двигателя переключатель режимов 8 может быть переведен в одно из рабочих положений, например, положение II, в котором первый ползунок переключателя 8 непосредственно подключает обмотку возбуждения 2 к аккумулятору 4, а остальные (три) соединяют все первичные обмотки 7 трехфазного трансформатора 6 со статорными обмотками генератора 1. При помощи привода топливоподачи двигателя внутреннего сгорания автомобиля число оборотов ротора генератора 1 увеличивается до загорания контрольной лампы 10, у которой номинальное напряжение при 12 В аккумулятора составляет 36 В, а при 24 В аккумулятора - 28 В. При этом частота переменного напряжения вырабатываемого генератора 1 составляет 200...400 Гц, что позволяет при помощи малогабаритного трансформатора 6 преобразовать его в повышенное напряжение переменного тока обмоток 16, которое прикладывается к клеммам питания 17 малогабаритного электроинструмента повышенной частоты. Аналогичным образом его номинальное напряжение генератора U_(x) порядка 50 В трансформируется понижающими обмотками 15 и выпрямительными диодами (14) в постоянное напряжение Ut = 25...30 В, которое прикладывается к клеммам электродержателя 11 параллельно - согласно первичному напряжению генератора 1. Поскольку напряжение генератора U_(x) прикладывается к электродержателю 11 через баластный резистор 12, то при возникновении тока дуги напряжение подпитки холостого хода быстро падает до выходного напряжения трансформатора U_т, которое соответствует начальному току горения дуги (о) на внешней характеристике устройства (b), фиг. 2. Благодаря параллельной нагрузке встроенного выпрямителя вторичных обмоток трансформатора 14 обеспечивается надежный поджиг дуги в точке 3 пересечения ее вольт-амперной характеристики (а) с характеристикой встроенного выпрямителя 5 и баластного резистора 12 при относительно высоком напряжении, близком к U_(x), и последующее экономичное горение с высоким КПД и большим сварочным током в точке (г) пересечения вышеуказанной характеристики дуги с характеристикой выпрямителя трансформатора 6. При этом скачки напряжения, образующиеся на электродержателе в переходных режимах сварки сглаживается на безопасном уровне дифференцирующей RC-цепочкой, образованной защитной емкостью 13 и собственными сопротивлениями баластного резистора 12 и контрольной лампы 10, ток через которую обеспечивает необходимый подзаряд аккумулятора 4 в паузах сварки. Для изменения сварочного тока и соответствующего тока короткого замыкания I_k переключатель режимов 8 может быть переведен в положение III или IY, при котором первый ползунок переключателя 8 включает в цепь обмотки возбуждения 2 дополнительные резисторы 9, а три других - изменяют коэффициент трансформации трансформатора 6 так, что уменьшение напряжения холостого хода генератора U_(x),вызванное уменьшение тока возбуждения, компенсировались изменением коэффициента трансформации. Благодаря этому выходное напряжение трансформатора U_т практически не меняется, а ток короткого замыкания I_кз, I_кч и внешние характеристики (с), (d) регулируются в широких пределах. При этом регулятор 3 никакого влияния на вышеуказанные процессы не оказывает, так как из-за пониженного напряжения на нем, вследствие падения напряжения на дополнительных резисторах, его внутренние контакты находятся все время в замкнутом состоянии, при котором клемма III радиатора оказывается соединенной с клеммой (+) , т.е. дополнительными резисторами 9.When the sliders of the mode switch 8 are in the initial, extreme left position I, the three-phase transformer 7 is disconnected from the generator 1 and the normal power supply circuit is restored in the vehicle’s on-board network, in which the output terminal of the built-in rectifier 5 is connected to the battery 4 and resistor 3, so that the control incandescent lamp 10 does not light up, since its conclusions are shorted by mode switch 8. After starting the engine, mode switch 8 can be moved to one of the operating positions, for example, position II , in which the first slider of the switch 8 directly connects the field winding 2 to the battery 4, and the remaining (three) connect all the primary windings 7 of the three-phase transformer 6 with the stator windings of the generator 1. Using the fuel supply drive of the vehicle’s internal combustion engine, the rotor speed of the generator 1 increases to light of the control lamp 10, in which the rated voltage at 12 V of the battery is 36 V, and at 24 V of the battery - 28 V. Moreover, the frequency of the alternating voltage generated g 1 is generators of 200 ... 400 Hz, which allows using a compact transformer 6 to convert it to AC high voltage winding 16 that is applied to the power terminals 17, small-size high frequency power. Similarly, its nominal voltage of the generator U _{(x) of the} order of 50 V is transformed by step-down windings 15 and rectifier diodes (14) into a constant voltage Ut = 25 ... 30 V, which is applied to the terminals of the electrode holder 11 in parallel - according to the primary voltage of the generator 1. Since voltage generator U _(x) is applied to Electrode 11 through the ballast resistor 12, that when an arc voltage feeding idling rapidly decreases to the output voltage U _t of the transformer, which corresponds to cial current arc (a) on the outside of the device characteristic (b), FIG. 2. Due to the parallel load of the built-in rectifier of the secondary windings of the transformer 14, reliable ignition of the arc is ensured at point 3 of the intersection of its current-voltage characteristic (a) with the characteristic of the built-in rectifier 5 and ballast resistor 12 at a relatively high voltage close to U _(x) , and the subsequent economical combustion with high efficiency and high welding current at the point (d) of intersection of the above characteristics of the arc with the characteristics of the rectifier of the transformer 6. In this case, voltage surges generated on the electric holder in transient modes welding is smoothed at a safe level differentiating RC-chain, formed by the protective container 13 and resistances own ballast resistor 12 and warning lamp 10, the current through the battery which provides the necessary recharging 4 in pauses welding. To change the welding current and the corresponding short-circuit current I _k, the mode switch 8 can be switched to position III or IY, in which the first slider of the switch 8 includes additional resistors 9 in the field coil 2, and the other three change the transformation coefficient of the transformer 6 so that the decrease in the open circuit voltage of the generator U _(x) caused by the decrease in the excitation current was compensated by a change in the transformation coefficient. Due to this, the output voltage of the transformer U _t practically does not change, and the short-circuit current I _kz , I _kch and the external characteristics (c), (d) are regulated over a wide range. In this case, the regulator 3 has no effect on the above processes, since due to the reduced voltage on it, due to the voltage drop on the additional resistors, its internal contacts are all the time closed, in which the radiator terminal III is connected to the terminal (+ ), i.e. additional resistors 9.

Испытание опытного образца заявленного устройства, изготовленного в виде приставки размером (160 х 60 х 240) мм к штатному электрооборудованию автомобиля, показали практическую возможность дуговой сварки электродами до 3 мм на легковых автомобилях с 14-вольтовым генераторами, и до 4 мм на грузовых с генераторами 28В. При этом появляется возможность питания от бортовой сети автомобиля различного электроинструмента с коллекторными двигателями и малогабаритными электродвигателями повышенной частоты нормалей N 707.0602225.004; N 707.0602120.040; N 707.0602433.104 и т.п., которые выпускаются ПТО "АвтоВАЗа" по лицензии фирмы "Бош". По сравнению с прототипом и его базовым вариантом установкой "Mobie pawer" производства АМ Рrodukte GmbH" ФРГ, заявленное устройство не нуждается в замене штатного генератора автомобиля специальным трехкиловатным генератором с распределительным щитком, так как необходимая выходная мощность достигается оптимальным согласованием при помощи трансформатора внутреннего сопротивления штатного генератора автомобиля с вольт-амперной характеристикой дуги, что обеспечивает повышение КПД всего устройства, и расширением диапазона сварочных токов, за счет синхронного изменения тока возбуждения генератора и коэффициента трансформации его напряжения. При этом ток контрольной лампы рабочего режима обеспечивает достаточно интенсивную подзарядку аккумулятора, необходимую для питания обмотки возбуждения и электрических цепей ДВС, что практически не ограничивает время проведения сварочных работ в полевых условиях. Testing of a prototype of the claimed device, made in the form of an attachment with a size (160 x 60 x 240) mm to the standard electrical equipment of the car, showed the practical possibility of arc welding with electrodes up to 3 mm in cars with 14-volt generators, and up to 4 mm in trucks with generators 28B. At the same time, it becomes possible to supply various electric tools with collector engines and small-sized electric motors with increased frequency of normals N 707.0602225.004 from the vehicle’s on-board network; N 707.0602120.040; N 707.0602433.104 and the like, which are produced by AvtoVAZ PTO under a license from Bosch. Compared with the prototype and its basic version of the installation "Mobie pawer" manufactured by AM Produkte GmbH "Germany, the claimed device does not need to replace the regular generator of the car with a special three-kilowatt generator with a distribution panel, since the required output power is achieved by optimal coordination using a standard internal resistance transformer a car generator with a current-voltage characteristic of the arc, which ensures an increase in the efficiency of the entire device, and an extension of the range of welding currents, due to t synchronous changes generator excitation current and its voltage transformation ratio. In this operating mode provides a control lamp current sufficiently intense battery charging required for the field supply and electrical circuits ICE that does not limit the time of the welding operations in the field.

Claims

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ С ПИТАТЕЛЕМ ОТ БОРТОВОЙ СЕТИ АВТОМОБИЛЯ, содержащее трехфазный генератор напряжения, обмотка возбуждения которого подключена к выходу регулятора напряжения, а статорные обмотки - к входу трехфазного встроенного выпрямителя, соединенного первым выходным выводом с минусовым выводом аккумулятора, общим выводом регулятора напряжения и массой автомобиля, переключатель, балластный резистор, контрольную лампу, вывод для подключения электрододержателя, выводы для подключения электроинструмента, отличающееся тем, что в него введены трехфазный трансформатор с первичными обмотками, соединенными в звезду и снабженными n свободными выводами, понижающими и повышающими вторичными обмотками, вспомогательный выпрямитель и n - 1 дополнительных резисторов, а переключатель выполнен четырехполюсным (n + 1)-позиционным, при этом выводы статорных обмоток генератора через первый, второй и третий полюса переключателя подключены к свободным выводам первичных обмоток трансформатора, второй выходной вывод встроенного выпрямителя через балластный резистор соединен с выводом для подключения электрододержателя, а через четвертый полюс переключателя - с входным и выходным выводами регулятора напряжения и с одними из выводов дополнительных резисторов, подключенных другими выводами к входному выводу регулятора напряжения, контрольная лампа включена между выводом для подключения электрододержателя и плюсовым выводом аккумулятора, соединенным с подвижным элементом четвертого полюса переключателя, нейтрали включенных в звезду понижающих и повышающих вторичных обмоток трансформатора подключены к массе автомобиля, фазные выводы понижающих вторичных обмоток трансформатора через вспомогательный выпрямитель соединены с выводом для подключения электрододержателя, а объединенные и фазные выводы повышающих вторичных обмоток - с выводами для подключения электроинструмента. 1. A DEVICE FOR ELECTRIC ARC WELDING WITH A FEEDER FROM THE ON-BOARD CAR NETWORK, containing a three-phase voltage generator, the field winding of which is connected to the output of the voltage regulator, and stator windings - to the input of a three-phase built-in rectifier connected to the first output terminal of the battery voltage regulator by a negative output, and the mass of the car, switch, ballast resistor, control lamp, terminal for connecting an electrode holder, terminals for connecting an electric tool, excellent which consists of a three-phase transformer with primary windings connected to a star and equipped with n free leads, lowering and raising secondary windings, an auxiliary rectifier and n - 1 additional resistors, and the switch is made of a four-pole (n + 1) -positional, at the conclusions of the stator windings of the generator through the first, second and third poles of the switch are connected to the free terminals of the primary windings of the transformer, the second output terminal of the built-in rectifier through ballast resis the torus is connected to the terminal for connecting the electrode holder, and through the fourth pole of the switch with the input and output terminals of the voltage regulator and one of the terminals of additional resistors connected by other terminals to the input terminal of the voltage regulator, a control lamp is connected between the terminal for connecting the electrode holder and the positive terminal of the battery connected to the movable element of the fourth pole of the switch, the neutrals of the step-down and step-up secondary windings of the transformer included in the star connected to the mass of the car, the phase leads of the lowering secondary windings of the transformer through an auxiliary rectifier are connected to the terminal for connecting the electrode holder, and the combined and phase leads of the raising secondary windings are connected to the terminals for connecting the power tool.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фазные выводы повышающих вторичных обмоток трансформатора соединены с соответствующим выводом для подключения электроинструмента через дополнительный выпрямитель. 2. The device according to claim 1, characterized in that the phase terminals of the boosting secondary windings of the transformer are connected to the corresponding terminal for connecting the power tool through an additional rectifier.