Дроссели. Использование дросселей в сварочном производстве. Регулирование сварочного тока с помощью дросселей

Падающая характеристика при использовании трансформатора с нормальным рассеянием получается благодаря включению в цепь его вторичной обмотки дросселя — реактивной катушки с большим индуктивным сопротивлением.

Как было показано выше, трансформатор с нормальным рассеяни­ем имеет жесткую характеристику, и поэтому не пригоден для ручной дуговой сварки. Его обычно дополняют реактивной катушкой — дросселем с воздушным зазором в магнитной цепи (рисунок 2.6, а). Дроссель имеет магнитопровод 1, обмотку 2и подвижный магнитный пакет 3.Обмотка L включается последовательно в цепь вторичной обмотки трансформатора (рисунок 2.6, в), она обладает большим индуктивным сопротивлением. Магнитный пакет может перемещаться с помощью привода 4, что вызывает изменение индуктивного сопротивления обмотки и, следовательно, тока. Кроме того, дроссель сдвигает фазы тока и напряжения источника, что повышает устойчивость дуги переменного тока.

Рисунок 2.6 – Дроссель с воздушным зазором

С ростом тока (например, вызванным укорочением дуги) возрастает магнитный поток дросселя E_L, что вызовет увеличение ЭДС дросселя E_L. Поскольку для трансформатора ЭДС дросселя эквивалентна потерям напряжения, то на выходе источника напряжение U _и снижается:

Увеличение зазора l _в по рисунок 2.4, б приведет к снижению ЭДС E_L дросселя и в результате увеличится напряжение на выходе источника напряжение U _и, а это при постоянном сопротивлении нагрузки должно привести в соответствии с законом Ома к увеличению тока I ₂.

Плавное регулирование сварочного тока в трансформаторе с дросселем осуществляется изменением индуктивного сопротивления дросселя за счет изменения воздушного зазора в его магнитной цепи, иногда оно дополняется ступенчатым витковым регулированием первичной или вторичной обмотки трансформатора.

Дроссель насыщения. Индуктивное сопротивление дросселя можно регулировать не только механическим, но и электрическим путем. Этот принцип реализован в конструкции дросселя насыщения (рисунок 2.7). Он имеет броневой магнитопровод 4, обмотку управления 3, питающуюся от вспомогательного источника постоянного тока, и две последовательно соединенные рабочие обмотки 1 и 2, включенные в цепь дуги переменного тока. Принцип работы дросселя насыщения основан на взаимодействии магнитных потоков обмотки управления и рабочих обмоток. При включении обмотки управления в цепь постоянного тока в магнитопроводе появится постоянный поток управления Ф _у, зависящий от тока I _у и числа витков обмотки управления W _y:

Рисунок 2.7 – Дроссель насыщения

Рабочие обмотки дросселя насыщения намотаны на крайних стержнях таким образом, чтобы их потоки в среднем стержне были направлены встречно. Поэтому в среднем стержне практически отсутствует переменный поток, и в обмотке управления не наводится переменная ЭДС основной частоты, что облегчает ее работу.

Увеличение тока I _у приводит к увеличению потока Ф _у. При этом железо магнитопровода приближается к насыщению, т.е. возрастает его магнитное сопротивление R_mL,что приводит к снижению ЭДС дросселя Е_{L 1}и E_{L 2}и увеличению напряжения источника U _ии сварочного тока I ₂

Электрическое регулирование сварочного тока обладает важными достоинствами: плавность, компактность регулятора, возможность дистанционного и программного управления, отсутствие подвижных частей, что повышает надежность и долговечность источника. Его недостатком является перерасход активных материалов — трансформаторного железа и обмоточных проводов, а также относительная сложность конструкции.

Если не принять специальных мер, то кривая сварочного тока в цепи с дросселем насыщения принимает искаженную форму с низкой скоростью нарастания тока при переходе через нуль, что снижает устойчивость горения дуги переменного тока. Если же в цепь обмотки управления ввести большую индуктивность, то можно не только исправить кривую тока, но и придать ей прямоугольную форму, даже более благоприятную в сравнении с синусоидой. Это может стать еще одним достоинством дросселя насыщения.

Регулирование режима в выпрямителях с помощью дросселя насыщения

Простейший дроссель насыщения (ДН) (рисунок 2.8) имеет стержневой или тороидальный магнитопровод, обмотку управления ОУ, питаемую постоянным током, и рабочую обмотку ОР переменного тока, подключенную в цепь нагрузки R_H через диод VD. На рисунок. 2.7, а приведена идеализированная кривая намагничивания железа магнитопровода. Рассмотрим работу ДН в тот полупериод переменно­го тока, когда потоки, создаваемые обмоткой управления — Ф_у и рабо­чей обмоткой — Ф_р, совпадают по направлению. Постоянная намагни­чивающая сила обмотки управления I_уW_y приводит магнитопровод в состояние, отражаемое точкой D на ненасыщенном участке кривой на­магничивания. Под действием переменного тока рабочей обмотки со­здается переменная намагничивающая сила i_дW_р в течение полупери­ода перемещающая рабочую точку по пути DEFED (тонкая линия на рисунок 2.9, а).

Рисунок 2.8 – Конструкция дросселя насыщения

Рисунок 2.9 – Кривая намагничивания (а) и осциллограммы магнитного потока (б), напряжения (в) и тока (г) дросселя насыщения

При этом рост ΔФ суммарного магнитного потока Ф=Ф_у+Ф_р происходит только на ненасыщенном участке DE, изменение его во времени показано на рисунок 2.9, б в интервале 0-α₁ сплошной линией. Этот переменный поток индуцирует в рабочей обмотке противо-ЭДС e_L (рисунок 2.9, в), почти равную напряжению питания и _с. Поэтому на нагруз­ку R_H напряжение почти не подается, ток нагрузки i ₀, показанный сплошной линией, очень мал (рисунок 2.9, г). Таким образом, в интервале 0—α₁ рабочая обмотка обладает большим индуктивным сопротивле­нием. Начиная с момента α₁, рабочая точка перемещается по насыщен­ному участку кривой намагничивания EF. При этом поток в интервале α — π не меняется, противо-ЭДС в рабочей обмотке не наводится, все напряжение питания прикладывается к нагрузке, поэтому по ней вдет большой ток. Дроссель насыщения в цепи с неуправляемым вентилем—диодом VD можно использовать для фазового регулирования режима. Действительно, если увеличить ток управления I_у, то начальная точка на кривой намагничивания сдвинется в положение D ₁. При этом насыщение магнитопровода наступит раньше, и ток нагрузки станет на­растать раньше — в момент α ₂ (пунктирные линии на рисунок. 2.9), следовательно, средний за полупериод ток нагрузки I_д увеличится:

Регулирование режима с помощью дросселя насыщения заклю­чается в изменении задержки включения тока нагрузки в пределах полупериода при изменении начального намагничивания сердеч­ника.