Тиристорные источники

Для механизированной импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом предназначен импульсный выпрямитель ВДГИ-301. В этом выпрямителе с целью уменьшения разбрызгивания металла на однополярный базовый ток периодически накладываются кратковременные импульсы тока с частотой 50 или 100 Гц. Выпрямитель ВДГИ-301 передвижной, используется в основном для комплектации полуавтомата ПДГИ-303.

Питание дуги выпрямителем ВДГИ-301 производится от выпрямительного блока V с пульсирующим напряжением (рис. 6.39). В цепь выпрямленного тока включена нелинейная индуктивность L_д (дроссель), которая зашунтирована тиристором V₁.

Рис. 6.39. Упрощенная принципиальная электрическая схема питания дуги от выпрямителя ВДГИ-301: Э – электрод; И – изделие

Пока тиристор V₁ не выключен (заперт), по сварочной цепи идет постоянный сварочный ток Iср без заметных пульсаций (рис. 6.40), величина которого определяется индуктивностью дросселя L_д. В момент t₁ происходит отпирание тиристора V₁, шунтирующего дроссель L_д (рис. 6.40, а), и напряжение выпрямителя U в форме отрезка синусоиды с начальной фазой в точке t₁ оказывается приложенным к сварочной дуге. Ток импульса определяется параметрами всех элементов силовой цепи, за исключением дросселя L_д (рис. 6.40, б), а частота следования импульсов – частотой шунтирования дросселя тиристором V₁.

а) б)

Рис. 6.40. Изменение напряжения U(t) (а) и тока I(t) (б) при работе выпрямителя ВДГИ-301

Рассмотрим принципиальную электрическую схему силовой цепи выпрямителя ВДГИ-301 (рис. 6.41). Первичная обмотка силового трансформатора Тр состоит из секций Тр_1.1, Тр_1.2, , Тр_1.3 и Тр_1.4, а вторичная обмотка – из секций Тр_2.5 и Тр_2.6. В один полупериод напряжения сети совместно с секциями обмоток трансформатора Тр_1.1, Тр_1.2, и Тр_2.5 работают тиристоры V₁, V₂, V₅, а в другой полупериод напряжения совместно с секциями обмоток Тр_1.3, Тр_1.4 и Тр₂ – тиристоры V₃, V₄, V₆. При открытии тиристора V₁ (V₄) на секции Тр_1.1, Тр_1.2, (Тр_1.3, Тр_1.4) первичной обмотки подается напряжение сети. После выпрямления напряжения вентилями V₇, V₈ базовый ток проходит через дроссель L и сварочную дугу.

Рис. 6.41. Принципиальная электрическая схема силовой цепи выпрямителя ВДГИ‑301

Для выравнивания коэффициента пульсации базового тока во всем диапазоне регулирования дроссель L выполнен нелинейным. При малых сварочных токах индуктивность дросселя больше, чем при больших.

Схема управления выпрямителем ВДГИ-301 позволяет изменять наклон внешних характеристик при работе выпрямителя в режиме базового тока. При больших токах, с целью высокого саморегулирования дуги, внешние характеристики жесткие, а при малых токах (с целью стабилизации базового тока для предотвращения обрывов дуги) внешние характеристики крутопадающие.

При работе выпрямителя в импульсном режиме тиристоры V₅ (V₆) включаются с запаздыванием относительно момента включения тиристоров V₁ (V₄). Одновременно с тиристорами V₅ (V₆) могут включаться тиристоры V₂ (V₃), выключая тиристоры V₁ (V₄). При этом коэффициент трансформации трансформатора уменьшается. Такому режиму соответствует диапазон крутых импульсов большой амплитуды. Когда тиристоры V₂ (V₃) не включаются и тиристоры V₁ (V₄) продолжают работать, выпрямитель ВДГИ-301 работает с пологими импульсами малой амплитуды. В каждом диапазоне амплитуда и длительность импульсов определяются фазой включения тиристоров V₅(V₆). Базовый ток зависит от момента включения тиристоров V₁ (V₄) относительно момента включения тиристоров V₅ (V₆). Запирание тиристоров V₅ (V₆) происходит естественным путем при снижении напряжения питания.

В выпрямителе ВДГИ-301 предусмотрена возможность предварительно, при отсутствии выходного напряжения, установить (по прибору) средние значения напряжения на дуге и напряжение импульса. Другим прибором с переключателем на три положения в процессе сварки можно измерять базовый ток, ток дуги и амплитуду импульса.

В настоящее время серийно выпускается тиристорный выпрямитель ВДГИ-302 (рис. 6.42). Сетевое напряжение с помощью автоматического выключателя QF пускателя К подается на однофазный понижающий трансформатор Т с нормальным рассеянием. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется блоком вентилей VD1, VD2, VS1 — VS6 с двумя дросселями L1, L2. В этом блоке диоды VD1, VD2 работают в любом режиме. Тиристоры VS1, VS2 используются для генерирования пиковых импульсов (рис. 6.42, в). Амплитуда и длительность импульсов задается углом управления тиристоров, частота (50 или 100 Гц) зависит от того, один или оба тиристора используются. Тиристоры VS3, VS4 создают базовый ток, сглаженный дросселем L1 (рис. 6.42, г). Фазовое управление тиристорами VS3, VS4 используется для настройки среднего значения напряжения дуги. Однако при глубоком регулировании в кривой базового тока появляются провалы. Поэтому схема дополняется цепью подпитки, обеспечивающей небольшой, но хорошо сглаженный ток (рис. 6.42, д). В ней применены оптронные тиристоры VS5, VS6, управляемые световым потоком светодиодов, что обеспечивает гальваническую развязку, т.е. независимость работы цепей управления от воздействия высокочастотных помех сварочной цепи. В цепи подпитки используется дроссель L2 с большой индуктивностью.

Рис. 6.42. Выпрямитель ВДГИ-302 УЗ: схема силовой части (а), внешние характеристики (б) и осциллограммы импульсного тока (в), базового тока (г), тока подпитки (д) и общего сварочного тока (е)

Выпрямитель может работать как в режиме импульсного (см. рис. 6.42, в), так и базового тока (см. рис. 6.42, г). Однако преимущественно используется совместный режим работы всех цепей, при котором сварочный ток получается как сумма токов импульсного, базового и подпитки (рис. 6.42, е).

Внешние характеристики выпрямителя приведены на рис. 6.42, б. Характеристика импульсного тока 1 имеет малый (естественный) наклон, это необходимо для получения крутого фронта у импульсов тока.

Искусственная характеристика базового тока 2 сформирована благодаря введению обратных связей по току и напряжению в систему управления тиристоров VS3, VS4. Она стабилизирована при колебаниях напряжения сети, ее наклон автоматически снижается с ростом тока. Благодаря крутому наклону при малых токах повышается эластичность дуги, пологий наклон при больших токах способствует эффективному саморегулированию дуги. Для форсирования зажигания дуги сформирована характеристика зажигания 3, обеспечивающая постоянный уровень напряжения при любых токах. Характеристика отсечки 4 ограничивает максимальную величину сварочного тока. Характеристика подпитки 5 гарантирует минимум тока, достаточный для устойчивого горения дуги.

Ранее выпускался тиристорный импульсный источник ИУП-1, имеющий схему, подобную рис. 6.35. Он может работать как в качестве приставки, так и в виде автономного источника, в том числе для неимпульсной сварки.