Выпрямители с увеличенным рассеянием

Сварочные выпрямители с падающей внешней характеристикой используются для ручной дуговой сварки покрытыми электродами и автоматической сварки под флюсом. Допустимо их использование для сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов, плазменной сварки и резки, воздушно-дуговой резки.

Выпрямители с падающей формой ВАХ могут быть классифицированы по способу получения падающей характеристики. Это выпрямители:

· с трансформатором с подвижными обмотками;

· с трансформатором с подвижным магнитным шунтом;

· с трансформатором с подмагничиваемым магнитным шунтом;

· с дросселем насыщения.

Падающую форму ВАХ обычно получают на стадии переменного тока при помощи трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием в сочетании с дросселем насыщения, трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием, а также тиристорного выпрямительного блока.

В большинстве случаев падающая характеристика формируется на стадии переменного тока при помощи трансформатора с подвижными катушками за счет изменения индуктивности рассеяния путем изменения расстояния между подвижными и неподвижными обмотками. Три первичных и три вторичных обмотки расположены на Ш-образном магнитном сердечнике трехфазного трансформатора. Верхнее ярмо сердечника состоит из двух пакетов, между которыми проходит ходовой винт с закрепленным внизу подпятником. При вращении ходового винта происходит перемещение катушек фаз первичной обмотки. Катушки фаз вторичной обмотки закреплены неподвижно у верхнего ярма. Рукоятка ходового винта и шкала сварочного тока находятся на крышке выпрямителя. При повороте рукоятки по часовой стрелке происходит сближение катушек фаз обмоток и увеличение сварочного тока вследствие уменьшения индуктивного рассеяния. Напряжение холостого хода при этом изменяется незначительно.

Чаще всего применяют выпрямители на базе трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием – выпрямители серии ВД.

Сварочный выпрямитель ВД-301 представляет собой передвижную установку в однокорпусном исполнении, обеспечивающую преобразование энергии трехфазной сети в энергию выпрямленного тока.

Выпрямитель включает в себя силовой понижающий 3-х фазный трансформатор, выпрямительный блок, пусковую и защитную аппаратуру.

Такую же конструкцию имеют серийные выпрямители ВД-201, ВД-251, ВД‑307 и ВД-403, а также выпрямитель ВДФ-1201, предназначенный для сварки под флюсом.

Тема 3.4. Выпрямители с фазовым управлением

Внешние характеристики и их формирование в зависимости от способа сварки. Автоматический регулятор. Аппараты различных производителей. Технико-экономические показатели.

От выпрямителей часто требуется не только преобразовывать переменное напряжение в постоянное, но и плавно изменять значение выпрямленного напряжения. Управлять выпрямленным напряжением можно как в цепи переменного напряжения, так и в цепи выпрямленного тока. При управлении в цепи переменного напряжения применяют специальные регулируемые трансформаторы (автотрансформаторы, трансформаторы с подмагничиванием сердечника постоянным током и т.д.), реостаты или потенциометры. Однако подобные способы управления выпрямленным напряжением (током) при их относительной простоте имеют существенный недостаток, связанный с низким КПД. Такие регуляторы имеют, как правило, большие массу, габариты и стоимость.

Более экономичным и удобным способом управления, который получил широкое распространение, является управление выпрямленным напряжением (током) в процессе выпрямления, так называемое управляемое выпрямление.

Выпрямители, которые совмещают выпрямление переменного напряжения (тока) с управлением выпрямленным напряжением (током), называют управляемыми выпрямителями.

Основным элементом современных управляемых выпрямителей является тиристор VS. На рис. 3.5 ,а представлена схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре VS. Управление напряжением на выходе управляемого выпрямителя сводится к управлению во времени моментом отпирания (включения) тиристора. Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора. Такой сдвиг фаз называют углом управления и обозначают а (рис. 3.5, б), а способ управления называют фазовым. Управление значением угла а осуществляют с помощью фазовращающей R₂С-цепи, которая позволяет изменить угол α от 0 до 90°. При этом выпрямленное напряжение регулируют от наибольшего значения до его половины. Резистором R_l изменяют напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора. Диод VD обеспечивает подачу на управляющий электрод положительных однополярных импульсов.

Рис. 3.5 Схема (а), временные диаграммы напряжения и тока (б)

однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя

Оптимальной формой управляющих сигналов для тиристоров является короткий импульс с крутым фронтом. Такая форма позволяет уменьшить нагрев управляющего электрода тиристора, а также обеспечить за счет высокой крутизны управляющего импульса четкое отпирание тиристора. Для формирования подобных импульсов и их сдвига во времени служат специальные импульсно-фазовые системы управления. Изменение угла управления осуществляют ручным или автоматическим способом, что обеспечивает изменение выпрямленного напряжения в требуемых пределах.

На рынке представлены разнообразные сварочные выпрямители:

Сварочные выпрямители переменного тока TELWIN NORDICA 3250

Сварочный аппарат с электродами ММА с переменным током (АС).Непрерывное регулирование тока сварки.Термостатическая защита.Используемые электроды: рутиловые.

Технические характеристики:

• Напряжение сети 230-400 В
• Диапазон регулирования тока 55-250 А
• Максимальное холостое напряжение 50 В
• Максимальная мощность 4,2 кВт
• Диаметр электрода 2-5 мм
• Степень защиты IP21
• Размеры 700x325x440 мм
• Вес 22 кг

Гарантия: 1 год

Производитель: TELWIN S.p.A. Via della Tecnica, 3 - 36030 Villaverla (VI), ITALY. Италия
Страна изготовления: Италия

Выпрямитель ВД-306У3

Напряжение питания от сети - 380 В

Количество фаз - 3 Частота - 50 Гц

Номинальный режим работы ПН % - 60

Номинальное рабочее напряжение (не менее) - 32 В

Номинальный сварочный ток (не менее) - 315 А

Пределы регулирования сварочного тока - 30-315 А

Напряжение холостого хода (не более) - 80 В

Потребляемая мощность - 11,4 кВт

Размеры сварочного выпрямителя ВД 306 - 560х510х660 мм

Macca выпрямителя ВД-306 Уз - 104 кг

Тема 3.5. Инверторные выпрямители

Принцип работы инвертора и преимущества. Процесс инвертирования. Внешние характеристики. Сварочные свойства. Регулирование режима сварки. Программные системы управления. Рынок производителей.

Основным типом сварочных аппаратов, которые использовались ранее, были трансформаторные устройства, повышавшие сварочный ток за счет уменьшения значения напряжения. Самыми серьезными недостатками такого оборудования, которое активно используется и сегодня, являются низкий КПД (так как в них большое количество потребляемой электрической энергии тратится на нагрев железа), большие габариты и вес.

Изобретение инверторов, в которых сила сварочного тока регулируется совершенно по иному принципу, позволило значительно уменьшить размеры сварочных аппаратов, а также снизить их вес. Эффективно регулировать сварочный ток в таких аппаратах становится возможным благодаря его высокой частоте. Чем выше частота тока, который формирует инвертор, тем меньшими могут быть габариты оборудования.

Одним из первых шагов в развитии регулируемых источников питания стал разработанный в 1905 году австрийским профессором Розенбергом сварочный генератор поперечного поля, у которого напряжение на дуге менялось с ростом сварочного тока.

• В 1907 году первый генератор с регулируемым напряжением был выпущен заводом Lincoln Electric (США).

• Появление в 50-х годах селеновых диодов позволило создавать мощные выпрямители для дуговой сварки.

• Следующим важным этапом стало начало производства силовых кремниевых тиристоров, которое началось в 60–70-х годах.

Их применение позволило плавно изменять величину сварочного тока не за счет магнитного потока силового трансформатора или генератора, а на основе обратных связей и фазовой регулировки угла включения тиристоров.

Одним из первых образцов были выпрямители серии Tilark компании Kemppi (Финляндия), собранные по схеме «силовой трансформатор — тиристорный выпрямительный блок». Эта схема дала возможность получать различные вольт-амперные характеристики, снизить пульсации тока и стала классической для сварочных выпрямителей.

В 1977 году Kemppi выпустила на рынок сварочный выпрямитель Hilark-250. Он был собран на базе «скоростных» тиристоров, которые преобразовывали постоянный ток в переменный с частотой 2–3 кГц.

Выпуск серии выпрямителей Hilark и стал началом триумфального шествия инверторных источников питания для дуговой сварки. Использование инверторных переключателей позволило быстро перестраивать источник питания, получать различные вольт-амперные характеристики, используемые для разных сварочных процессов - MMA, TIG, MIG/MAG, - и перейти в дальнейшем к реализации принципа сварочных мультисистем. Такие мультисистемы начали поставляться Kemppi в 1981–1982 годах.

С появлением на рынке силовой электроники частота инвертирования (а следовательно, и частота работы сварочного трансформатора) выросла до 20 кГц, при этом отношение сварочного тока к массе источника питания повысилось вдвое. На базе IGBT-транзисторов стали выпускать малогабаритные источники для сварки методами MMA, TIG, MIG/MAG, плазменной резки.

Одним из первых инверторов на транзисторах IGBT был выпрямитель серии Master компании Kemppi, работающий на частоте 20 кГц. Инверторы этой серии поступили в продажу в 1991 году.

Инвертор — это устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное.

Регулирование режима сварки осуществляется несколькими способами. Например, при увеличении напряжения сетевого выпрямителя Uвс увеличивается и амплитуда высокочастотного напряжения U2 и среднее значение Uв выпрямленного напряжения.

В инверторном выпрямителе используется амплитудное, широтное и частотное регулирование режима.

Внешние характеристики инверторного выпрямителя зависят главным образом от конструктивных особенностей инвертора и трансформатора. Естественная внешняя характеристика собственно инвертора почти жесткая. Обычно же внешние характеристики формируются искусственно с помощью системы управления.

В инверторном выпрямителе сравнительно легко получить ломаную внешнюю характеристику,сформированную из нескольких участков. Крутопадающий участок необходим для задания сравнительно высокого напряжения холостого хода, что полезно при зажигании дуги. Пологопадающий основной участок обеспечивает эффективное саморегулирование при механизированной сварке в углекислом газе. Вертикальный участок ограничивает сварочный ток, что предотвратит прожог при сварке тонкого металла. Последний участок задает величину тока короткого замыкания.

Разумеется, положение каждого участка настраивается с помощью отдельных регуляторов (внешний вид инвертора показан на рис. 3.6). Так, при сварке в углекислом газе перемещением по вертикали участка регулируется сварочное напряжение, а при сварке покрытыми электродами перемещением участка устанавливается сила тока.