8.11 Тиристорные трансформаторы
В основу этих трансформаторов положен способ фазового регулирования тока. Основным узлом тиристорного трансформатора является тиристорный фазорегулятор, работающий в комплексе с силовым трансформатором. Фазорегулятор состоит из двух встречно-параллельно включенных тиристоров VS1 и VS2 (рис. 8.22), или симистора, и системы управления фазой их включения СФУ.
Рисунок 8.22 – Схема тиристорного трансформатора
При фазовом регулировании переменный синусоидальный ток преобразуется в знакопеременные импульсы, длительность которых определяется углом (фазой) включения тиристоров.
В каждом полупериоде тиристор (VS1 или VS2) начинает проводить ток только после подачи на его управляющий электрод импульса управления. Диаграммы напряжений и токов в трансформаторе (при активной нагрузке и минимальном рассеянии трансформатора) приведены на рис.8.23
Рисунок 8.23 - Диаграмма напряжений тиристорного регулятора
С увеличением угла включения тиристоров уменьшается часть полупериода в течение которой сетевое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора (или вторичное напряжение – на нагрузку, при включении фазорегулятора во вторичной цепи) и уменьшается действующее значение напряжения и тока в нагрузке.
Способ фазового регулирования широко применяется в машинах переменного тока для контактной сварки и в трансформаторах для электрошлаковой сварки.
При дуговой сварке перерывы в протекании тока, возникающие при фазовом регулировании, снижают устойчивость горения дуги и стабильность процесса сварки. Поэтому в тиристорных трансформаторах для дуговой сварки предусматриваются дополнительные меры для обеспечения стабильности процесса сварки.
Разработан ряд конструкций тиристорных трансформаторов, обеспечивающих достаточно высокую стабильность горения дуги и позволяющих реализовать достоинства фазового регулирования тока: снизить массу и упростить конструкцию силового трансформатора, сформировать внешние характеристики требуемого вида, стабилизировать режим сварки при различных возмущениях, управлять постоянной составляющей сварочного тока, обеспечить программное управление режимом сварки и снижение напряжения холостого хода.
По способу обеспечения стабильного горения дуги тиристорные трансформаторы делятся на две группы: 1) с прерывистым протеканием тока и импульсной стабилизацией; 2) с цепью подпитки.
Тиристорный фазорегулятор может включаться в первичную или вторичную цепь трансформатора. В тех случаях, когда не требуется управления постоянной составляющей сварочного тока, предпочтительно включать тиристоры в сравнительно слаботочную цепь первичной обмотки трансформатора.
8.11.1 Тиристорные трансформаторы с прерывистым протеканием тока и импульсной стабилизацией
В этих трансформаторах в момент окончания бестоковой паузы на дугу накладывается стабилизирующий импульс тока (рис.8.24 ).
Рисунок 8.24 – Диаграммы напряжений и токов трансформатора с импульсной стабилизацией
Длительность протекания тока определяется углом включения силовых тиристоров , который здесь является также углом сдвига фаз между током I2 и напряжением холостого хода трансформатора U20.
Пример схемы трансформатора с импульсной стабилизацией приведен на рис. 8.25.
Параллельно основной первичной обмотке трансформатора W10 включена цепь, состоящая из конденсатора и дополнительной импульсной первичной обмотки W1д. Дополнительная обмотка расположена в зоне вторичной обмотки, например намотана поверх нее, чтобы обеспечить хорошую магнитную связь между этими обмотками.
При включении любого из тиристоров конденсатор заряжается до текущего значения сетевого напряжения. Зарядный ток конденсатора проходит по дополнительной обмотке, трансформируется во вторичную цепь силового трансформатора и вызывает в дуговом промежутке импульс напряжения. достаточный для повторного возбуждения дуги. По окончании периода проводимости тиристора дуга гаснет, конденсатор разряжается на первичную цепь трансформатора. Ток разряда протекает по основной и дополнительной первичных обмотках в противоположных направляениях и поэтому не вызывает ощутимого импульса во вторичной цепи.
Рисунок 8.25– Схема трансформатора с импульсной стабилизацией
В следующий полупериод сетевого напряжения включается второй тиристор фазорегулятора, конденсатор заряжается в обратном направлении, его зарядный ток вызывает в межэлектродном промежутке стабилизирующий импульс противоположной полярности и повторное возбуждение дуги.
Коэффициент трансформации цепи стабилизирующего импульса примерно равен единице, емкость конденсатора 2…10 мкФ. При этом длительность стабилизирующего импульса составляет 20…100 мкс.
Регулирование режима сварки осуществляется изменением угла включения тиристоров . Внешние характеристики трансформатора при различных значениях приведены на рис. 8.26 .
Рисунок 8.26 - Внешние характеристики трансформатора с импульсной стабилизацией
В соответствии с рассмотренным принципом построены, например, трансформатор для ручной дуговой сварки ТДЭ-402 с падающими внешними характеристиками и трансформаторы ТДФЖ-1002, ТДФЖ-2002 с пологопадающими (близкими к жестким) внешними характеристиками, предназначенные для автоматической сварки под флюсом.