9.6 Тиристорные сварочные выпрямители
В тиристорных выпрямителях силовой трансформатор выполняется с нормальным (минимальным) рассеянием и имеет естественные пологопадающие (близкие к жестким) внешние характеристики. Выпрямительный блок выполняется на тиристорах. Наиболее широко используется двойная трехфазная схема с уравнительным реактором и шестифазная кольцевая схема выпрямления. Применяют также трехфазную мостовую схему выпрямления, а иногда используют полууправляемую мостовую схему на трех диодах и трех тиристорах.
Трансформатор обычно выполняется нерегулируемым (иногда имеет две ступени регулирования), а формирование требуемых внешних характеристик и их регулирование осуществляется путем управления углом включения тиристоров силового выпрямительного блока.
Тиристорные выпрямители представляют собой, как правило, замкнутую систему автоматического регулирования с обратными связями по току сварки или по напряжению дуги, либо по обоим параметрам (рис. 9.14).
Рисунок 9.14 – Структурная схема тиристорного выпрямителя
Для управления тиристорами выпрямительного блока VS применяют многоканальные системы, которые обычно построены по принципу вертикального фазового управления. Суть его заключается в том, что формирование фазы управляющего импульса UИ в каждом канале блока фазового управления БФУ происходит в момент равенства переменного опорного напряжения (синусоидального, треугольного или пилообразного синхронизированного с определенной фазой напряжения питающей сети) и постоянного напряжения управления UУ, либо в момент равенства суммы переменного опорного напряжения и постоянного напряжения управления с определенным пороговым напряжением (UОП + UУ = UПОР). При изменении напряжения управления происходит изменение фазы импульсов управления тиристорами и, таким образом, обеспечивается регулирование выпрямленного напряжения.
Пример построения одного канала блока фазового управления приведен на рис. 9.15
В состав его входят фазосдвигающее устройство ФСУ и усилитель-формирователь импульсов ФИ. ФСУ содержит генератор опорного напряжения ГОН, синхронизированного с напряжением соответствующей фазы сети UСИНХР и нуль-орган НО (или компаратор). Но вход НО кроме опорного напряжения UОП, имеющего в данном случае пилообразную форму подается напряжение управления UУ, которое определяется суммой напряжения задания UЗАД и сигналов обратных связей UОСТ и UОСН.
а
б
а-структурная схема одного канала БФУ б- диаграммы напряжений
Рисунок 9.15– Формирование импульсов управления тиристорами.
При UУ = 0 начало импульса управления совпадает с началом положительного полупериода анодного напряжения, подаваемого на управляемый тиристор. Угол открытия тиристора = 0 и тиристор открыт в течение всего положительного полупериода анодного напряжения (обеспечивается полнофазное включение тиристора). На выходе выпрямителя получаем максимальное напряжение. При увеличении напряжения управления импульсы управления сдвигаются относительно анодного напряжения на угол , возрастающий с увеличением напряжения управления (при UУ2 UУ1 получаем α2 α1 ). В результате тиристоры будут открыты только в течение части полупериода и напряжение на выходе выпрямителя уменьшается.
Напряжение управления UУ определяется напряжением задания UЗАД и сигналами обратной связи по току сварки UОСТ и напряжению на дуге UОСН. Сигнал обратной связи по току чаще всего снимается с измерительного шунта RS, включенного последовательно в сварочную цепь UОСТ =IСВRШ. Иногда для получения UОСТ используются трансформаторы тока, включенные в цепи переменного тока, соединяющий вторичные обмотки силового трансформатора с тиристорами выпрямительного блока, или магнитный усилитель, обмоткой управления которого является кабель (шина), соединяющий выпрямительный блок с выходной клеммой выпрямителя. Сигнал обратной связи по напряжению снимается непосредственно с выхода силового выпрямительного блока UОСН = UД.
Вид внешней характеристики выпрямителя формируется под действием обратных связей. При действии обратной связи по току сварки формируется падающая внешняя характеристика, а при действии обратной связи по напряжению дуги – жесткая.
При совместном действии UОСН и UОСТ получают пологопадающие и комбинированные внешние характеристики.
Тиристорные выпрямители в Украине выпускают для ручной и механизированной сварки. Например, выпрямители Гарт 160 и ВД-306Д имеют падающие внешние характеристики и предназначены для ручной дуговой сварки. Выпускался также выпрямитель ВДГ-601 с пологопадающими характеристиками для механизированной сварки. Основную часть в номенклатуре выпуска тиристорных выпрямителей составляют универсальные. Например, ВДУ-305, ВДУ-506, ВДУ-1201, КИУ-301, КИУ-501, КИУ-1201.