lab_7

Лабораторна робота № 7

Дослідження стабілізованого випрямляча з плавно-ступінчатим регулюванням напруги

Мета роботи: 1. Вивчити конструкцію та електричну схему випрямляча ВСЖ-303 УЗ. 2. Вивчити засоби регулювання вихідної напруги та налагоджування режиму зварювання. З. Експериментальне оцінити динамічні властивості випрямляча.

Теоретичні відомості

1. Загальна будова випрямляча

Зварювальні випрямлячі з жорсткими або пологопадаючими зовнішніми вольт-амперними характеристиками є найбільш поширеними джерелами живлення для механізо ваного зварювання в середовищі захисних газів. Типовим представником цього класу'' випрямлячів є однопостовий стабілізований кремнієвий випрямляч ВСЖ-ЗОЗУЗ з плавно - ступінчатим регулюванням напруги на дузі (рис.7.1,7.2); його технічна характеристика наведена у додатку 6.

Рис.7.1. Структурна схема випрямляча типу ВСЖ -303

До складу випрямляча входять наступні функціональні блоки (див. рис. 7.1-7.2):

1. Силовий трифазний трансформатор Т з магнітною комутацією, який має три ярма: верхнє і середнє - керовані та нижнє - некероване. На керованих ярмах розміщені обмотки керування W_y1, W_y4 (див.рис.7.2), які живляться постійним струмом і підмагнічують залізо ярем. Між середнім і нижнім ярмами знаходяться первинна обмотка W₁ та частина вторинної обмотки W₂. Керована частина вторинної обмотки W₃ розміщена між верхнім і середнім ярмами. Обидві частини вторинної обмотки W₂, W₃ і з'єднані послідовно та відповідно одна одній. При підмагнічуванні ярем сердечника за допомогою обмоток W_y1 і W_y4 здійснюється плавне регулювання вихідної напруги, а при перемиканні числа витків обмотки W₂ — ступеневе регулювання. З метою поліпшення комутаційних процесів в трансформаторі встановлена обмотка W₅, яка складається з котушок: W₅ ' і W₅ ' '.

2. Силовий випрямний блок V, зібраний на некерованих напівпроводникових вентилях VD2-VD7 за трифазною мостовою схемою випрямляння.

3. Лінійний дросель L, призначений для обмеження швидкості наростання зварювального струму і, отож, для зменшення розбризкування електродного металу при зварюванні з частими короткими замиканнями дугового проміжку. Дросель підключений послідовно з дугою, має два ступеня регулювання і найбільшу індуктивність 0,15 мГц.

4. Магнітний підсилювач А, в якому відбувається підсилювання струмів для живлення обмоток керування W_y1 і W_y4. До блоку підсилювання входять безконтактний вимикач обмотки підмагнічування середнього ярма трансформатора на транзисторі VТ4 і тиристорах VS21,VS 23.

5., Блок коректування за зварювальним струмом (БКС), який складається з трансформатора струму ТА, випрямного моста VD10-VD13, конденсатора С7 та резистора R9. Цей блок забезпечує формування жорстких зовнішніх характеристик (їх нахил), регулювання і стабілізацію випрямленої вихідної напруги. Нахил зовнішніх характеристик за допомогою резистора R9 можна змінювати від 0,015 до 0,07 В/А.

6. Блок порівняння напруг (БПН), до складу якого входять вузол завдання напруги (резистори R1, R2, R6-R8, перемикач SА) та вимірювання (стабілізатор VD1) фактичної напруги на виході випрямляча. Блок призначений також для стабілізації напруги, яка потрапляє на обмотки підмагнічування верхнього та нижнього ярем.

Пуско-регулююча апаратура включає до себе пускову кнопку SВ1, кнопку вимикання SВ2, пускач КМ1, двигун вентилятора охолодження М, повітряне реле КСС, магнітний пускач КМ2, перемикачі: SАС -для установки ступенів вихідної напруги та SА - для підтримування шкали плавного регулювання потенціометра SЗ.

2. Робота блоків керування випрямляча

Електронна система керування випрямляча ВСЖ-303 забезпечує стабілізацію вихідної напруга під час коливань напруги живлячої мережі та коректування нахилу зовнішніх характеристик випрямляча.

Якщо напруга, яка наводиться у вторинних колах трансформатора Т, менша за потрібну, то на базу транзистора УТ1 від випрямляча на діодах VD30-VD35 потрапляє позитивний потенціал, що дорівнює різниці встановленої за допомогою резистора КЗ і фактичної напруги. Транзистор VТ1 буде закритий. На базу транзисторів VТ2 і VТЗ потрапляє негативний потенціал від випрямного моста на діодах VD24-VD29, і вони відчиняються. Від моста VD24-VD29 через відкритий транзистор VТЗ отримують живлення обмотки підмагнічування середнього ярма W_y3 і W_y4. Одночасно транзистор УТ4 зачиняється позитивним потенціалом напруги зміщення (від моста VD30-VD35), і коло керування тиристорів VS21 і VS23, через яке живляться обмотки підмагнічування верхнього ярма W_y1і W_y2, відключається (див.рис.7.2).

В міру того, як зростає струм в обмотках W_y3 і W_y4, е.р.с., що наводиться в обмотках W₅' і W₅", живлячих обмотки підмагнічування верхнього ярма, теж буде зменшуватись. Внаслідок цього зменшується струм в обмотках W_y1 і W_y2 та магнітний опір верхнього ярма. В результаті цього змінний магнітний потік буде витискатися з середнього ярма у верхнє, що приведе до збільшення е.р.с в обмотках W₃, розміщених у верхньому вікні сердечника трансформатора Т. Завдяки тому, що обмотки W₃ і W₂ нижнього вікна з'єднані послідовно і відповідно, то напруга на виході випрямляча буде зростати.

Коли вихідна напруга стане більше заданої, на базу транзистора VТ1 через стабілітрон VDІ потрапить негативний сигнал, і він відчиниться, а на бази транзисторів VТ2 і VТЗ потрапить позитивний сигнал з джерела зміщення VD30-VD35, і вони зачиняться (позитивний сигнал потрапляє по колу R14, база-емітер VТ2, R16, база-емітер VТЗ, мінус VD30-VD35). При цьому струм в обмотках W_y3 і W_y4 почне поступово зменшуватися, викликаючи зменшення магнітного опору середнього ярма. Транзистор VТ4 відчиниться негативним потенціалом, який потрапляє на його базу по колу: мінус УВ24-УВ29, обмотки W_y3 і W_y4 R18, R17, VD18, перехід база-емітер, плюс VD24-VD29. Відкриття транзистора VТ4 викличе підключення кіл керування і відкриття тиристорів VS21 та VS23. В результаті цього е.р.с. обмоток W₅' і W₅" через тиристори VS21 та VS23 прикладається до обмоток підмагнічування W_y1 і W_y2. Переключення транзисторів безконтактного вимикача приведе до збільшення магнітного потоку в середньому ярмі і до зменшення - у верхньому. Відповідно буде зменшуватися і напруга на виході випрямляча до того часу, поки не стане менше заданої. Таким чином, за рахунок почергового включення обмоток підмагнічування струм в обмотках змінюється так, щоб підтримати задану напругу на виході випрямляча з точністю 0,1—0,2 В.

БКС настроюється так, щоб нахил стабілізованих характеристик збігався з нахилом природних зовнішніх характеристик без роботи блоку коректування. В цих умовах зварювальний процес проходить з найменшим розбризкуванням металу.

3. Дослідження динамічних властивостей випрямляча

Процес зварювання в захисному середовищі СО2 супроводжується порівняно великою кількістю коротких замикань. Умовою стійкості процесу в цьому випадку буде не сталість напруги дуги U_д та сили струму І_д в ній, а певна періодичність зміни всіх параметрів у режимах холостого ходу (XX), навантажування, короткого замикання (КЗ). Джерела живлення для зварювання в середовищі СО2 повинні забезпечувати достатньо велику швидкість наростання струму протягом часу КЗ. Ці параметри (dU/dtта dІ_кз/dt) визначають стабільність протікання процесу і служать характеристиками динамічних властивостей джерела живлення. Слід мати на увазі, що індуктивний опір джерела живлення, зокрема випрямляча, дозволяє регулювати величини dU/dtта dІ_кз/dt і, внаслідок цього, розбризкування електродного металу.

Динамічні властивості випрямляча можна оцінити за допомогою дослідження осцилограм процесу зварювання (рис.7.3) шляхом визначення наступних параметрів:

1) форми кривих струму та напруги;

2) значення І_кз.мах та термін його досягнення t_кз;

3) напруги холостого ходу U;

4) напруги короткого замикання U_кз;

5) значення U _мах після розриву кола та термін його досягнення t_в;

6) швидкості наростання струму під час КЗ – dl_кз/dt;

7) швидкості відновлювання напруги дуги після розриву кола dU/dt.