Лабораторная работа №1

Наладка, диагностика и ремонт универсального тиристорного сварочного выпрямителя

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

1.1 Изучить особенности конструктивного исполнения и устройство универсального сварочного выпрямителя типа ВДУ для ручной и механизированной дуговой сварки.

1.2 Овладеть навыками технического обслуживания, ремонта и безопасной эксплуатации универсального сварочного выпрямителя типа ВДУ

1.3 Произвести пуск и настройку сварочного выпрямителя типа ВДУ на заданный режим сварки

2.ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ.

2.1 Универсальный сварочный выпрямитель типа ВДУ-506;

2.2. Балластный реостат типа РБ-301;

2.3. Измерительные приборы.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

3.1. Принцип построения системы импульсно-фазового управления (СИФУ) универсального тиристорного сварочного выпрямителя серии ВДУ-506.

Однопостовые универсальные сварочные выпрямители, имеющие тиристорные блоки, благодаря которым осуществляют переключе­ния для работы с жесткими или падающими ВАХ, находят широкое применение в свароч­ном производстве. Тиристорные сварочные вы­прямители осуществляют функции и вы­прямления, и регулирования сварочного тока, и стабилизации режима ду­говой сварки. Они дают возможность дистанционного регулирования и программного управления процессами сварки. Создание тиристорных выпрямителей с блока­ми регулирования и управления на аналоговых и логических элементах с применением интег­ральных микросхем позволило повысить надеж­ность их работы и ремонтоспособность.

На рис. 1, а представлена типовая структур­ная схема однопостового универсального сва­рочного тиристорного выпрямителя. Схема изображает замкнутую систему автоматичес­кого регулирования за счет введения обратных связей по току ОСТи напряжениюОСН. Сердцем этой системы является блокСТВ(си­ловой тиристорный выпрямитель), питающий сварочную дугу постоянным током, но мозг ее —САРиСИФУ, которые командуютСТВпутем подачи на него управляющих импульсов. От них зависят сварочный ток, напряжение и фор­ма внешней ВАХ. С целью получения выпрям­ленного тока каждый тиристор в СТВ необхо­димо открыть на некоторый уголв поло­жительной полуволне синусоиды переменного тока. Для этогоСИФУформирует определен­ной формы (например, прямоугольной) сигна­лы и в нужное время импульсно их подает на управляющие электроды тиристоров.

Структурная схема системы управления выпрямителем ВДУ-506 (рис. 1, б) представляет собой систему автоматического регулирования выпрямленного напряжения с обратными связями по току ОСТ и напряжению ОСН.

Управление тиристорами осуществляется по «вертикальному принципу». Для управления шестью тиристорами создана шестиканальная система. Каждый канал состоит из:

НС– датчика синусоидальных вспомогательных напряжений, синхронизированных с напряжением питающей сети. Датчик представляет собой вторичные обмотки трансформатора блока питания, соединенные в шестифазную звезду. Угол сдвига между напряжениями обмоток 60 эл. град;

ФИ– формирователя импульсов в виде триггера, построенного на двух логических элементах И-НЕ;

СУФ– согласующего усилителя-формирователя импульсов управления;

ОУ– оконечного транзисторного каскада усиления импульсов управления тиристорами. Нагрузкой транзисторов являются управляющие электроды тиристоров.

Напряжение Uу, которым определяется степень открытия тиристоров, а следовательно, и режим сварки, снимается с выхода операционного усилителя DА2узла формирования напряжения управленияФНУ. Величина Uу устанавливается напряжением задания Uз, подаваемым на неинвертирующий входDА2. При местном управлении напряжение Uз устанавливается резисторомRР(расположенным на выпрямителе) через узел задания режимаУЗР; при дистанционном - с блока управления полуавтоматом или автоматомБУП (А).

Формирование вида внешних характеристик выпрямителя осуществляется действием обратных связей. При формировании падающих внешних характеристик действует только обратная связь по току ОСТ, снимаемая с шунтаRS. Увеличение тока сварки Iсв увеличивает отрицательный потенциал на шунте. Этот сигнал поступает на инвертирующий входDА2, увеличивая напряжение Uу. Угол включения тиристоровαувеличивается, и напряжение на выходе выпрямителя уменьшается.

При формировании жестких внешних характеристик одновременно действуют обратные связи по току ОСТи напряжениюОСН, причем схема построена так, что действиеОСНпреобладает над действиемОСТ. В случае снижения напряжения на выходе выпрямителя под действием нагрузки или уменьшения напряжения сети уменьшается отрицательный сигналОСН, действующий на инвертирующий входDА2. Напряжение Uу уменьшается. Уменьшается также угол включения тиристоровαи увеличивается (поддерживается на заданном уровне) напряжение на выходе выпрямителя.

	Т– силовой трансформатор; СТВ– силовой тиристорный выпрямитель; ДТ– датчик тока; СД– сварочная дуга; САР– система автоматического регулирования; СИФУ– система импульсно-фазового управления; БЗ– блок задания; L – дроссель; КОСТ – обратная связь по току; КОCН – обратная связь по напряжению
а)
Uу Uос Uз RS		ОСН— обратная связь по напряжению; ОСТ — обратная связь по току; НС— вторичные обмотки вспомогательного трехфазного трансформатора; ФИ— узел формирования импульсов; СУФ— согласующий усилитель-формирователь; ОУ— оконечный каскад усиления; БУП(А)— блок управления полуавтомата (автомата); УЗР— узел задания режима; ФНУ— узел формирования напряжения управления; БП— блок питания; КИНС— узел контроля изменений напряжения сети; ООСН—узел ограничения действия обратной, связи по напряжению; К— компаратор; ТК— транзисторный ключ; СТ— стабилитрон.
б)
Рис. 1. Структурная схема тиристорного свароч­ного выпрямителя с универсальными внешними ВАХ: а – типовая; б – ВДУ-506

Электрическая схема формирования импульсов управления одним каналом приведена на рис. 2, а, принципиальная электрическая схема платы А2 формирования импульсов управления шестью тиристорами – на рис. 2, б.

x1 x2 y Uу

а)

б)

Рис. 2 – Электрическая принципиальная схема формирования импульсов управления тиристором, включенным в фазу «А» (а) и платы А2 формирования импульсов управления шестью тиристорами (б)

Для управления тиристором, включенным в фазу «А», сравниваются напряжения НС вторичных обмоток вспомогательного трансформатора Т3.3. Напряжение Uc, синхронизированное с напряжением фазы «С», сравнивается с напряжением , синхронизированным с напряжением, находящимся в противофазе с напряжением фазы «В» питающей сети. Каждое из этих напряжений подается на цепь, состоящую из диода VD60 (VD61), срезающего отрицательную полуволну синусоидального напряжения, и элементов R80, С50 (R81, С51), образующих высокочастотные фильтры. Полученные напряжения, представляющие собой положительные полуволны синусоид, сдвинутые между собой на 60 эл. град., поступают на входы х1 и х2 триггера триггера ФИ, построенного на двух элементах И-НЕ серии К511ЛА1. Элементы имеют пороговое напряжение срабатывания Uпop ≈7 V, следовательно, любой сигнал запуска на входе элемента, меньший этого значения, принимается за логический 0, а выше — за логическую 1.

Для управления шестью тиристорами, включенными в схему выпрямления, используются шесть триггеров, которые формируют импульсы управления путем попарного сравнения напряжений фаз обмоток НС вспомогательного трансформатора ТЗ в следующем порядке.

Управляемые фазы силовой цепи	А		В		С
Фазы обмоток синхронизации	cb	bа	ас	cb	bа	ас

Сформированные триггером "нулевые" импульсы через R86, С62 цепочку подаются на вход согласующего усилителя — формирователя СУФ, выполненного на базе микросхемы К511ЛИ1. Введение RС цепочки обеспечивает прекращение дальнейшего прохождения управляющего сигнала и полное закрытие тиристора соответствующего канала управления при нарушении нормального чередования следования импульсов с выхода ФИ.

Усиленные усилителем СУФ по току импульсы подаются на оконечный каскад усиления ОУ. Каскад выполнен на транзисторе типа КТ814Б. Нагрузкой транзистора является цепь управляющего электрода тиристора. На этом каскаде происходит еще одна ступень усиления сигнала по току и его инвертирование. «Нулевые» импульсы шириной 60 эл. град, становятся «единичными». На схеме рис. 10 показаны формы напряжений в пяти точках канала формирования импульсов управления тиристором. Напряжения измеряются относительно общей (нулевой) точки на шунте.

В первый период времени (I) (рис. 3), когда оба напряжения (Uси) еще не достиглиU_ПОР, на входах триггера будет «0», на выходе будет «1» (табл. 1).

	Таблица 1. Работа триггера в канале формирования импульсов Периоды времени Значения сигналов Значения истинности для триггера И—НЕ x1 x2 x1 x2 y I Uс < UПОР < UПОР «0» «0» «1» II Uс > UПОР < UПОР «1» «0» «1» III Uс < UПОР > UПОР «0» «1» «0» IV Uс < UПОР < UПОР «0» «0» «1»
Рис. 3. Диаграмма работы одного канала ВУ

Во второй период времени (II) через 60° (точка А) напряжение UспревыситU_ПОР, но состоя­ние триггера при этом не изменится — на выхо­де остается «1». В третьем периоде времени (III), т. е. еще через 60° (точка В), напряжениеUсстанет меньшеU_ПОР, aдостигнетU_ПОРи триггер опрокинется; на его выходе появится «0». Это состояние триггера сохранится до четвертого периода времени (IV), когдаста­нет меньшеU_ПОР(точка С) и триггер опроки­нется вновь: на выходе его будет «1». И цикл повторяется. Таким образом, нулевой уровень на выходе триггера продолжается всего 60°.

Управляющие импульсы на выходе триггера (см. рис. 2) поступают на вход логического элемента D3 (К511ЛИ1), работающего в схеме согласующим усилителем. Усиленные импульсы поступают на транзисторный каскад VT, где они инвертируются (импульсы «нулевые» становят­ся «единичными»), дополнительно усиливаются и подаются на управляющий электрод тиристо­ра VS1, который сразу же открывается. При угле регулирования = 0, что соответствует рассматриваемому примеру (для случая, когда напряжение управления Uy = 0), будет макси­мальное значение выпрямленного напряжения (угол проводимости тиристора= 180°). С уве­личением Uу интервал нулевого сигнала на вы­ходе триггера смещается вправо, а выпрямлен­ное напряжение уменьшается. Продолжитель­ность открытия тиристора будет составлять 180° –.

Управление остальными тиристорами СТВ осуществляют другие пять каналов ФИ выход­ного устройства СИФУ, собранные по рассмот­ренной схеме и работающие аналогично ей. По этой схеме смонтированы СИФУ в сварочных выпрямителях ВДУ-505, ВДУ-506.

В структурной схеме уни­версального сварочного выпрямителя (см. рис. 1) датчиками тока (ДТ) могут быть измерительные шунты, магнит­ные усилители, трансформаторы тока и др. В качестве индуктивности L применяют дроссели с воз­душным зазором, снабженные обмотками уп­равления и диодами; основную рабочую обмот­ку включают последовательно в сварочную цепь, а две другие — через диоды подключают к зажиму выпрямителя со знаком минус. Эти дроссели обеспечивают автоматическое изме­нение индуктивности при сварке, их применяют в сварочных выпрямителях ВДУ-505, ВДУ-506.