6.5 Универсальные сварочные выпрямители

Сварочные выпрямители типа ВДУ (ВДГ-306, ВДУ-504, ВДУ-1001, ВДУ-1201, ВДУ-1601) в выпрямительном блоке содержит управляемые вентили, позволяющие плавно и без потерь (без использования балластных реостатов) регулировать величину сварочного тока, либо напряжения источника. Это предопределяет высокую экономическую эффективность использования таких источников для сварки. Источники являются универсальными (падающая и жесткая внешние характеристики), что также создает определенные удобства заказчику (предприятию).

Для управления действующими значениями тока или напряжения, пропускаемыми через тиристоры, применяется принцип вертикального фазового управления. Этот принцип наиболее просто может быть представлен для системы однофазного (двухполупериодного) выпрямления (рис. 6.12). На вход логического элемента M-403 подается 2 напряже­ния: переменное синусоидальное – U_ПЕР и постоянное (по роду тока постоянное), величина которого может изменяться – U_З1 (U_З1) (рис. 1а). Эти напряжения включены встречно, и вычита­ются. Логический элемент М-403 представляет собой пороговое устройство (реле), при подаче на вход которого положительного напряжения (порядка 1В). На выходе образуются прямоугольные импульсы (см. рис. 6.12в), которые подаются на управляющие электроды (УЭ) соответ­ствующих тиристоров и открывают их. В связи с этим увеличивая ве­личину U_З от U_З1 до U_З2 увеличивается запаздывание момента включения (открывания) тиристоров от времени t₁ до t₂, уменьшается угол открытия тиристоров (время нахождения в открытом состояния тиристоров) от α₁ до α₂ и соответственно умень­шается эффективное (действующее) значение тока через тиристор (I_ЭФ уменьшается от I_ЭФ1 до I_ЭФ2).

Рисунок 6.12 – Принцип вертикального фазового управления тиристорами (однофазная система)

Рисунок 6.13 – Фазные напряжения (а) и диаграмма тока на выходе выпрямителя (б) с управляемыми вентилями

Для трехфазной системы, применяемой во всех свароч­ных выпрямителях, для реализации принципа вертикального фазового управления тиристорами (6 тиристоров и 6 элементов М-403) необхо­димо обеспечить в течение периода определенную последовательность управления вентилями в выпрямительном блоке. То есть, необходимо, чтобы в момент естественной коммутации (в точках а, б на рис 6.13а.) фазных вторичных напряжений отпирать соответствующие тиристоры (в момен­ты времени t¹₀, t¹¹₀, но не раньше). При этом, как и в одно­фазной системе, необходимо сдвигать момент открытия тиристоров (на время t₁, либо t₂), и соответственно уменьшать действую­щее значение тока (от I_ЭФ1 до I_ЭФ2). Возможность регулирования действующим значениям тока (заштрихованная площадь на рис. 6.13б) ограничена тем, чтобы не возникали моменты, когда напряжение ис­точника равно нулю (ток сварки, т.к. дуга погаснет).

Выпрямитель типа ВДУ-504 УЗ состоит (рис. 6.14) из следующих блоков:

СТ – сварочный (силовой) трехфазный понижающий трансформатор, соб­ранный по шестифазной схеме с уравнительным реактором;

ТБ – тиристорный блок (выпрямительный блок): он является исполни­тельным механизмом, то есть позволяет регулировать действую­щие значения тока, либо напряжения источника;

ТТ – трансформатор тока: он представляет собой магнитный усили­тель, работающий в режиме короткого замыкания. На выходе ТТ образуется сигнал обратной связи (U_ОС), пропорциональный величине сварочного тока;

Др – сглаживающий дроссель;

Д – дуга, нагрузка;

СН – стабилизатор напряжения полупроводниковый служат для исклю­чения влияния колебаний напряжения сети на сигнал, вырабаты­ваемый задающим устройством – ЗУ (U_СР); СУ – сравнивающее устройство, в котором напряжения U_ОС и U_СР сравниваются (вычитаются);

У – усилитель, в котором усиливается разностный сигнал (U_ОС и U_СР );

ВУ – входное устройство, определяющее последовательность включения тиристоров. Логика – элементы М-403 (6 штук) – устройстве, генерирующее импульсы прямоугольной формы для отпирания ти­ристоров.

Для формирования падающих внешних характеристик используется замкнутая обратная связь по току (рис.3), Обратной связи по напря­жению дуги выпрямитель ВДУ-504 не имеет, то есть жесткие внешние характеристики не стабилизированы.

Рисунок 6.14 – Блок-схема выпрямителя типа ВДУ-504У3

Выпрямитель типа ВДУ-504 УЗ состоит (рис. 6.14) из следующих блоков:

СТ – сварочный (силовой) трехфазный понижающий трансформатор, соб­ранный по шестифазной схеме с уравнительным реактором;

ТБ – тиристорный блок (выпрямительный блок): он является исполни­тельным механизмом, то есть позволяет регулировать действую­щие значения тока, либо напряжения источника;

ТТ – трансформатор тока: он представляет собой магнитный усили­тель, работающий в режиме короткого замыкания. На выходе ТТ образуется сигнал обратной связи (U_ОС), пропорциональный величине сварочного тока;

Др – сглаживающий дроссель;

Д – дуга, нагрузка;

СН – стабилизатор напряжения полупроводниковый служат для исклю­чения влияния колебаний напряжения сети на сигнал, вырабаты­ваемый задающим устройством – ЗУ (U_СР); СУ – сравнивающее устройство, в котором напряжения U_ОС и U_СР сравниваются (вычитаются);

У – усилитель, в котором усиливается разностный сигнал (U_ОС и U_СР );

ВУ – входное устройство, определяющее последовательность включения тиристоров. Логика – элементы М-403 (6 штук) – устройстве, генерирующее импульсы прямоугольной формы для отпирания ти­ристоров.

В режиме падающих внешних характеристик включается ТТ, который вырабатывает напряжение обратной связи, пропорциональное величине сварочного тока. Падающая внешняя характеристика источника формируется за счет действия отрицательной обратной связи по току. Жесткие внешние характеристики выпрямителя обеспечиваются конструкцией трансформатора (точнее тем, что вторичные обмотки на его стержнях размещены поверх первичных).

Более детальное ознакомление с выпрямителем типа ВДУ будет при выполнение лабораторной работы.

Контрольные вопросы

1) Какие полупроводниковые материалы применяют в сварочных выпрямительных установках?

2) Изобразите вольт-амперные характеристики диода и тиристора.

3) Изложите принцип работы трехфазной мостовой схемы выпрямления.

4) Изобразите конструкцию сварочного выпрямителя с падающей внешней характеристикой типа ВД.

5) Как регулируется напряжение на выходе. выпрямителей типа ВС?

6) Как регулируется напряжение на выходе выпрямителей типа ВДГ?

7) Изобразите блочную схему ВДГ. Изложите назначение отдельных блоков и выполняемые ими функции.

8) Изобразите блочную схему универсального сварочного выпрямителя типа ВДУ. Изложите назначение отдельных блока.