9. Сварочные выпрямители и генераторы

Сварочный выпрямитель - это источник постоянного сварочного тока. Сварочный выпрямитель содержит сварочный трансформатор, силовые полупроводниковый вентили и устройство регулирования сварочного тока.

Классификация сварочных выпрямителей производится по второй из 3-х основных функций источника питания (горение, регулирование, преобразование). Все сварочные выпрямители по способу регулирования сварочного тока можно разделить на регулируемые трансформатором, регулируемые тиристорами и регулируемые дросселем насыщения.

Выпрямители, регулируемые трансформатором, имеют 3-фазные трансформаторы, в отличие от сварочных трансформаторов, которые однофазные.

Ступенчатое регулирование осуществляется переключением звезда – треугольник, что приводит к изменению тока в 3 раза. (больший ток при схеме треугольник – треугольник, чем звезда – звезда.)

В отличие от сварочных трансформаторов даже самые простые выпрямители содержат пускорегулирующую и защитную аппаратуру для защиты вентилей от перегрузок по току и от нарушения охлаждения (реле вентилятора или реле давления воды).

Для этого у источника питания должен быть силовой контактор, вручную он управляется кнопками ПУСК и СТОП.

В любом сварочном выпрямителе можно выделить следующие элементы: силовой понижающий трансформатор и блок выпрямителей.

Распространенным элементом сварочного выпрямителя является дроссель. Если он располагается между электрододержателем и блоком выпрямителей (на участке сварочной цепи, где протекает постоянный ток), то служит для ограничения скорости нарастания тока короткого замыкания, т.е. для уменьшения разбрызгивания при сварке.

Если дроссель располагается между силовым трансформатором и блоком выпрямителей (на участке сварочной цепи, где протекает переменный ток), то он служит для регулировки сварочного тока или выходного напряжения.

Выпрямительные блоки собираются из силовых диодов. В отличие от проводников электрического тока, которые одинаково хорошо проводят ток как в одном, так и в другом направлении диоды пропускают ток только в одном направлении. Управлять величиной тока с помощью диода невозможно.

Помимо диодов в сварочных выпрямителях используются тиристоры. С помощью тиристора можно управлять током.

В сварочных выпрямителях полупроводниковые элементы собираются в виде различных схем. Подразделяется на 1- и 3-х фазное выпрямление.

Однофазные схемы выпрямления применяются в цепях управления, где потребляемая мощность невелика, поэтому, используя сглаживающие емкостные фильтры, можно получить на выходе напряжение близкое к постоянному.

Трехфазные схемы выпрямления

В сварочных выпрямителях обычно используют трехфазные схемы выпрямления, которые обеспечивают значительно меньшую пульсацию выпрямленного тока по сравнению с однофазными схемами.

Трехфазная мостовая схема выпрямления Ларионова

В трехфазных выпрямителях блоки из диодов чаще всего выполняют по мостовой схеме. В этом случае пульсация выпрямленного напряжения составляет 300 Гц.

Рис. 3. Трехфазная мостовая схема выпрямления Ларионова (а), фазное и выпрямленное напряжение (б)

Работа схемы: В анодной группе включаются вентили с самым высоким потенциалом фазы, а в катодной наоборот. В любой момент времени открыты вентили, соединенные с фазами с самым большим положительным и с самым большим отрицательным потенциалами. Причем каждый вентиль одной группы в течении трети периода работает поочередно с двумя вентилями другой группы.

В сварочном оборудовании эта схема применяется практически во всех выпрямителях для ручной дуговой сварки с номинальным током до 500А.

Шестифазная схема выпрямления с уравнительным реактором

Для ее реализации трансформатор выпрямителя также должен иметь две одинаковых группы вторичных обмоток, соединенных в звезду, и включенных со сдвигом на половину периода частоты сети. Кроме того, для обеспечения параллельной работы на нагрузку одновременно двух фаз требуется еще уравнительный реактор – симметричный дроссель.

Работа схемы: Для каждой звезды включаются вентили с самым высоким положительным потенциалом фазы аналогично трехфазной нулевой схеме. Без уравнительного реактора получается шестифазное выпрямление с работой каждой фазы и вентиля 1/6 периода.

Рис. 5. Шестифазная схема выпрямления с уравнительным реактором

Такая схема применяется в выпрямителях большой мощности (1000 А и больше) прежде всего при питании низковольтной нагрузки.

Основной недостаток этой схемы выпрямления – для нее требуется более сложный и более дорогой трансформатор, который проектируется с учетом подмагничивания постоянной составляющей тока, а также дополнительный дроссель.

Сварочные генераторы

Сварочные генераторы входят в состав сварочных преобразователей и сварочных агрегатов.

Сварочный преобразователь содержит приводной трехфазный электродвигатель, сварочный электрогенератор постоянного тока и устройство регулирования сварочного тока.

Сварочный агрегат содержит приводной двигатель внутреннего сгорания, сварочный электрогенератор постоянного тока и устройство регулирования сварочного тока.

Сварочные генераторы подразделяют по конструкции на коллекторные и вентильные, а по принципу действия на генераторы с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

Коллекторные сварочные генераторы

Коллекторные генераторы являются машинами постоянного тока, содержащими статор с магнитными полюсами и обмотками, а также ротор с обмотками, концы которых выведены на пластины коллектора.

При вращении ротора витки его обмотки пересекают силовые линии магнитного поля и в них индуцируется ЭДС.

Сварочный генератор с независимым возбуждением и размагничивающей обмоткой

Отличительной особенностью такого генератора является то, что на магнитных полюсах расположены две обмотки возбуждения. Одна (намагничивающая) питается от постороннего источника тока (с независимым возбуждением), а по другой (размагничивающей) протекает сварочный ток.

Размагничивающая обмотка, играя роль сопротивления, включенного последовательно с дугой, обеспечивает падающую характеристику генератора, а при ее секционировании ступенчато регулирует величину тока.

Сварочный генератор с самовозбуждением и размагничивающей обмоткой

Главное отличие этого типа генераторов в том, что намагничивающая обмотка возбуждения питается не от постороннего источника, а от самого генератора. Поэтому они называются генераторами с самовозбуждением.

Вентильные сварочные генераторы

В этих генераторах функцию выпрямления тока вместо коллектора выполняет полупроводниковый выпрямитель, на который подается переменное напряжение генератора.