Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Трансформаторы и их применение. Учебное пособие.pdf
41
Тиристорные сварочные трансформаторы получили свое
распространение относительно недавно. Раньше считалось, что
подобные схемы питания сварочной дуги не пригодны для вы-
полнения сварочных швов, т. к. не могут обеспечить стойкое го-
рение дуги. Они применялись на машинах для точечной сварки,
где ровное горение не предусмотрено. Однако технический про-
гресс усовершенствовал тиристорную схему, что дало возмож-
ность получать стойкое горение дуги и выполнять ровные и качественные швы.
Принципиальная схема тиристорных сварочных трансфор-
маторов, помимо собственно трансформаторного узла, включает
в себя ещё и тиристорный фазовый регулятор тока. Соответ-
ственно, основной принцип регулирования сварочного тока в подобных аппаратах является именно фазовым. Фазорегулятор
включает в себя выпрямительную схему на тиристорах и систему
импульсно-фазового управления, которая управляет открыва-
нием тиристоров. К трансформатору не предъявляется специальных требований, а крутопадающая ВАХ формируется за счет вве-
дения отрицательной обратной связи по току дуги.
Сварочными инверторами называют устройства, которые
осуществляют поэтапное преобразование электричества по сле-
дующему алгоритму (рис. 6.8):
1. Переменное напряжение сети 220 или 380 В выпрямля-
ется выпрямителем.
2. Возникающие технологические шумы сглаживаются
встроенными фильтрами.
3. Стабилизированная энергия инвертируется в ток высокой
частоты (от 10 до 100 кГц).
4. Высокочастотный трансформатор снижает напряжение
до величины, необходимой для устойчивого зажигания дуги элек-
трода (60 В).
5. Высокочастотный выпрямитель преобразовывает элек-
троэнергию переменного тока в постоянный ток для сварки.
42
Рис. 6.8. Структура сварочного инвертора
Каждый из пяти этапов работы инвертора происходит под
автоматическим управлением специального транзисторного модуля в режиме обратной связи. Система управления, построенная
на этом модуле, относится к самому сложному и дорогому эле-
менту сварочного инвертора.
Один из типов сварочного аппарата с инвертором приведен
на рис. 6.9.
Рис. 6.9. Инверторный сварочный аппарат
43
Форма выпрямленного тока, созданного для дуги инвертором,
практически близка к идеальной прямой линии. Она позволяет вы-
полнять многочисленные виды сварок различных металлов.
Благодаря микропроцессорному управлению технологиче-
скими процессами, происходящими внутри инвертора, работа сварщика значительно облегчается введением аппаратных функций:
– горячего старта (режим Hot Start) – за счет автоматиче-
ского возрастания тока при начале сварки для облегчения запуска
дуги;
– антизалипания (режим Anti Stick) – при касании элек-
тродом свариваемых деталей величина сварочного тока снижается до значений, не вызывающих расплавление металла элек-
трода и его прилипание;
– форсирования дуги (режим Arc Force) – при отделении
больших капель расплавленного металла от электрода, когда со-
кращается длина дуги и появляется возможность его залипания.
Эти функции позволяют даже новичкам качественно вы-
полнять сварные швы. Сварочные инверторные аппараты имеют
малые вес и габариты и надежно работают при больших колебаниях входного напряжения сети.
Вопросы для самопроверки
1. Какова величина напряжения холостого хода сварочного
трансформатора?
2. Каково назначение внешней крутопадающей характери-
стики у сварочных трансформаторов?
3. Каково назначение дросселя во вторичной цепи свароч-
ного трансформатора?
4. За счет чего формируется крутопадающая ВАХ в тири-
сторных сварочных аппаратах?
5. Какими достоинствами обладают инверторные свароч-
ные аппараты?
44
7. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ТРАНСФОРМАТОРОМ
Преобразование переменного тока в постоянный широко
применяется в теле- и радиоаппаратуре, компьютерной технике,
зарядных устройствах аккумуляторов и т. д.
Данный тип преобразователей содержит выпрямитель на
полупроводниковых диодах, при необходимости фильтр для
сглаживания пульсаций и понижающий трансформатор, который обеспечивает необходимую величину выпрямленного напряжения.
Ниже приведена упрощенная методика проектирования вы-
прямителя и трансформатора. Данная методика широко применяется на практике для расчета трансформаторов мощностью до
1000 Вт. Для расчета трансформаторов большей мощности применяются более точные методы.
7.1. Однофазный двухполупериодный выпрямитель
Однофазный двухполупериодный выпрямитель представляет собой мостовую схему выпрямления (рис. 7.1). В этой схеме
к одной диагонали моста из диодов VD1 – VD4 подключена вторичная обмотка трансформатора TV, а к другой – сопротивление
нагрузки RН.
В положительные полупериоды вторичного напряжения U2
открыты диоды VD1 и VD4, а в отрицательные полупериоды открыты диоды VD2 и VD3. Через сопротивление нагрузки RН ток протекает все время в неизменном направлении, поэтому к нагрузке
прикладываются обе полуволны выпрямленного напряжения UН одного и того же знака (рис. 7.2).
Более подробно с работой схем выпрямления можно ознакомиться в учебном пособии [5].
45
Рис. 7.1. Схема выпрямителя с трансформатором
Рис. 7.2. Временные диаграммы напряжений:
а – переменное вторичное напряжение; б – выпрямленное напряжение на
нагрузке
7.2. Порядок выполнения расчета
Для выполнения расчета выпрямителя с трансформатором,
питающимся от однофазной сети переменного тока промышлен-
а
б
46
ной частоты f = 50 Гц, используйте данные табл. 1. Выпрямитель
работает на активную нагрузку без сглаживающего фильтра.
Таблица 1
Варианты заданий
№ варианта
Напряжение
сети, В
Выпрямленное
напряжение U0, В
Выпрямлен-
ный ток, I0, А
1
220 9 8 2 220
10
7 3 220
12
6 4 220
15
5 5 220
17
4 6 220
20
3,5 7 220
24
3 8 220
27
2,5 9 220
30
2
10
220
36
2
11
127 3 8
12
127 9 7
13
127
10
6
14
127
12
5
15
127
15
4
16
127
17
3,5
17
127
20
3
18
127
24
2,5
19
127
27
2
20
127
30
2
Расчет выпрямителя состоит из следующих этапов:
1. Изобразить принципиальную электрическую схему вы-
прямителя с обозначением всех элементов в соответствии со стан-
47
дартами: ГОСТ 2.702–2011, ГОСТ 2.756–76, ГОСТ 2.728–74,
ГОСТ 2.730–73, ГОСТ 2.729–68, ГОСТ 2.723–68.
2. Произвести выбор полупроводниковых вентилей.
3. Рассчитать габаритную мощность трансформатора.
4. Выбрать электромагнитные нагрузки: значение индук-
ции, плотность тока.
5. Выбрать конструктивное исполнение магнитопровода,
рассчитать его.
6. Рассчитать обмотки трансформатора: количество витков,
сечение обмоточного провода.
7. Произвести расчет размещения обмоток в окне магнито-
провода трансформатора.
7.3. Расчет мостовой схемы выпрямления
Исходными данными для расчета являются среднее вы-
прямленное напряжение U0 и средний выпрямленный ток I0
нагрузки.
Расчет полупроводниковых выпрямителей сводится к опре-
делению типов полупроводниковых диодов по их среднему току
и максимальному обратному напряжению и к определению напряжения вторичной обмотки трансформатора U2 и его мощности S2.
Предельные эксплуатационные данные кремниевых диодов:
средний выпрямленный ток диода Id и максимальное обратное
напряжение U
обр. макс
приведены в табл. 2. Естественно, средний
ток и максимальное обратное напряжение диодов в схеме выпрямителя не должны превышать предельно допустимых значений
для выбранного типа диодов.
Среднее значение тока диода зависит от количества парал-
лельных ветвей в выпрямителе, и для однофазной двухполупери-
одной мостовой схемы, имеющей две параллельные ветви:
Id = 0,5I0.
48
Обратное напряжение U
обр
, приложенное к закрытому ди-
оду, численно равно амплитуде U2m переменного напряжения
вторичной обмотки трансформатора. Поскольку в мостовой
схеме переменное напряжение прикладывается к двум последо-
вательно соединенным диодам, то
2
обр
2
m
U
U =
.
С учетом падения напряжения на открытом диоде окончательная величина вторичного напряжения трансформатора бу-
дет равна:
'
22
Δ ,
d
U U n U=+
где
'
2
U
– желаемая величина переменного напряжения, В; n – ко-
личество последовательно включенных диодов (для однофазной
мостовой схемы n = 2); Ud – прямое падение напряжения на открытом диоде, В (табл. 2).
Таблица 2
Характеристики диодов
Тип диода
Средний выпрямленный
ток Id, А
Максимальное об-
ратное напряже-
ние U
обр. макс
, В
Прямое падение напряже-
ния
Δ , В
d
U
КД205Г
0,5
200
1
КД205Б
0,5
400
1
КД212Б 1 200
1,2
КД226Б
1,7
200
1,4
КД202Д 5 200
0,9
Д242
10
100
1,25
Д232
10
400
1
7.4. Упрощенный расчет трансформатора
Для расчета трансформатора необходимо знать вторичную
полную мощность трансформатора S2. Активная мощность цепи
49
выпрямленного напряжения складывается из мощности нагрузки
и потери мощности на открытых диодах:
PН = I0(U0 +
Δ
d
nU
).
Для определения полной мощности S2 необходимо получен-
ное значение PН разделить на коэффициент использования мощности (cosφ). В однофазной двухполупериодной мостовой схеме
выпрямления cosφ = 0,81.
По известной вторичной мощности S2 определяем первич-
ную мощность трансформатора
S1 = S2/η,
где η – КПД трансформатора, который принимается по табл. 3.
Таблица 3
Значения индукции, плотности тока и КПД трансформаторов
Мощность трансформатора S2, ВА
Индукция
ВС, Тл
КПД трансфор-
матора, η
Плотность
тока δ, А/мм
2
40
1,35
0,87
3,2
70
1,4
0,89
2,8
100
1,35
0,91
2,5
200
1,25
0,93 2 400
1,15
0,95
1,6
700
1,10
0,96
1,3
1000
1,05
0,96
1,2
Для однофазных маломощных трансформаторов обычно вы-
бирают типовые сердечники. Наиболее широкое распространение
получили ленточные магнитопроводы, позволяющие лучше использовать свойства магнитных материалов (см. рис. 2.1). В табл. 4
приведены данные магнитопроводов типа ШЛ.
50
Таблица 4
Магнитопроводы типа ШЛ
Размеры, мм
Обозначе-
ние типо-
размера
магнито-
провода
a b c
h
ШЛ10×10
ШЛ10×12,5
ШЛ10×16
ШЛ10×20
5
10
12,5
16
20
10
25
ШЛ12×12,5
ШЛ12×16
ШЛ12×20
ШЛ12×25
6
12,5
16
20
25
12
30
ШЛ16×16
ШЛ16×20
ШЛ16×25
ШЛ16×32
8
16
20
25
32
16
40
ШЛ20×20
ШЛ20×25
ШЛ20×32
ШЛ20×40
10
20
25
32
40
20
50
ШЛ25×25
ШЛ25×32
ШЛ25×40
ШЛ25×50
12,5
25
32
40
50
25
62,5
ШЛ32×32
ШЛ32×40
ШЛ32×50
ШЛ32×60
16
32
40
50
60
32
80
ШЛ40×40
ШЛ40×50
ШЛ40×60
ШЛ40×80
20
40
50
60
80
40
100