9.7 Универсальные тиристорные выпрямители

Универсальные выпрямители обеспечивают формирование внешних характеристик различного вида: падающих, жестких, пологопадающих комбинированных и используются для питания дуги при различных способах сварки и обработки материалов.

Структурная схема универсальных выпрямителей серии ВДУ приведена на рис. 9.18. Выпрямитель питается от трехфазной промышленной сети. Силовой трансформатор Т имеет три первичные обмотьки, соединенные в звезду или треугольник, и шесть вторичных обмоток, обеспечивающих шесть синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе на 60⁰. Выпрямительный блок VS выполнен на тиристорах по двойной трехфазной схеме с уравнительным реактором (выпрямители на токи I_CВ  500 А) или по шестифазной кольцевой схеме в выпрямителях на большие токи.

Рисунок 9.18 - Структурная схема универсального тиристорного

выпрямителя.

Импульсы управления силовыми тиристорами создаются блоком формирования импульсов ФИ. Блок выполнен по шестиканальной системе и формирует импульсы прямоугольной формы, управляющие каждым из тиристоров. Для синхронизации импульсов управлени с анодными напряжениями, поданными на тиристоры, на вход ФИ поступают шесть сдвинутых по фазе на 60⁰ напряжений синхронизации с трансформатора блока питания системы управления БП.

В универсальных выпрямителях широко применяется принцип построения формирователей импульсов, при котором для управления тиристором, включенным в определенную фазу используется два синусоидальных напряжения, сдвинутые по фазе на –60⁰ и – 120⁰.

Электрическая схема канала формирователя импульсов управления тиристором, включенным в фазу А приведена на рис. 9.19

Рисунок 9.19 – Электрическая схема формирования импульсов управления тиристором, включенным в фазу А

В состав канала входит тригер на элементах И-НЕ ДД1 И ДД2, а также усилитель ДА. На входы S и R тригера подаются, соответственно, опорные напряжения U_В и U_С, на которые накладывается напряжение управления U_У. Диоды VД1 и VД2 срезают отрицательные части синусоидальных напряжений (U_С + U_У) и (U_В + U_У). Элементы R1, С1 и R2, С2 образуют высокочастотные фильтры. Элементы ДД1 и ДД2 имеют определенный порог срабатывания U_ПОР (например, для элементов И-НЕ серии К511ЛА1, используемых в выпрямителях ВДУ-506, U_ПОР = 7 В). Следовательно сигнал на входе элемента меньший этого значения принимается за логической 0, а больший – за логическую единицу. Функционирование тригера поясняется в табл. 9.1.

Таблица 9.1 – функционирование триггера

S (UB)	R(UC)	QN
0	1	1
1	0	0
0	0	1
1	1	QN-1

Действительно, так как элемент И-НЕ выполняет функцию логического умножения входных сигналов и инвертирование результата умножения U_ВЫХ = , то при Лог.0 хотя бы на одном входе имеем Лог.1 на выходе, и, следовательно, при S = 0 R = 1 (т.е. при U_В  U_ПОР, U_В  U_ПОР) имеем Q = 1, значит на обоих входах ДД1 получаем сигналы Лог.1 и Q = 0. при S = 0, R = 0 (т.е. U_В  U_ПОР, U_С  U_ПОР) имеем Q = 1, Q = 1. При S = 1, R = 0 ( т.е. при U_В  U_ПОР, U_С  U_ПОР) получаем Q = 1, на обоих входах ДД2 имеем Лог.1 и Q = 0. При S = 1, R = 1 эти сигналы однозначно не определяют состояния элементов ДД1 и ДД2, которые при этом зависят от сигналов на входах 2, 3.

Анализ показывает, что при этом тригер останется в предыдущем состоянии. Анализируя диаграммы изменения напряжения U_С и U_В, при различных значениях U_У (рис.9.20) видим, что всегда состоянию U_С  U_{ПОР ,}  U_ПОР предшествует состояние U_С  U_{ПОР ,}  U_ПОР, (S = 0, R = 1), при котором Q = 1, Q = 0. Значит за счет сигналов обратной связи имеем два сигнала Лог.1 на входах ДД1 и триггер остается в состоянии Q = 0, а Q = 1. Следовательно, сигнал Q = 0 имеем на выходе тригера только при U_С  U_ПОР, а U_В  U_ПОР.

Рисунок 9.20– Процесс формирования импульсов управления

Усилитель ДА является инвертирующим и преобразует нулевой сигнал на выходе тригера в единичный сигнал U_И, открывающий тиристор. Из диаграмм напряжений (рис. 9.16) видно, что длительность импульса U_И составляет 60 эл.град. При U_У = 0 начало этого импульса совпадает с началом положительного полупериода в фазе А, и значит обеспечивается полнофазное включение тиристоров  = 0. Напряжение на выходе выпрямителя при этом максимально. При U_У 0 на переменные опорные напряжения накладывается постоянное напряжение U_У, которое приподнимает (осуществляя вертикальный принцип управления) напряжения U_С и U_В над уровнем порогового напряжения U_ПОР срабатывания тригера. При эом мимпульс управления тиристором U_И смещается вправо. Большему значению U_У соответствует больший угол включения тиристоров  и меньшее напряжение на выходе выпрямителя.

Напряжение управления U_У, которым определяется угол открытия тиристоров, а, следовательно, и режим сварки формируется блоком формирования напряжения управления ФНУ. Основным элементом ФНУ является операционный усилитель ДА2. Усилитель включен по схеме вычитания

(рис. 9.21). На инвертирующий вход усилителя подаются сигналы обратной связи, а на неинвертирующий – задающее напряжение U₃, формируемое узлом задания режима УЗР. УЗР представляет собой сложный потенциометр, регулирующим элементом которого является переменный резистор RP, установленный на панели управления выпрямителя или на дистанционном пульте управления. Напряжение на выходе ДА2 определится выражением.

(9.34)

Рисунок 9.21 – Схема построения ФНУ

Вид обратной связи подаваемый на ФНУ, а, следовательно, и вид внешней характеристики устанавливается переключателем SA1 на панели управления выпрямителя.

При переключении SA1 происходит и изменение подключения резисторов в сложном потенциометре узла задания режима, что позволяет обеспечить требуемый диапазон регулирования режима сварки как на падающих, так и на жестких характеристиках одним регулировочным резистором RP.