3.3.3. Выпрямители с дросселем насыщения

Формирование крутопадающей характеристики трансформатора можно осуществлять с использованием дросселя насыщения, работающего в режиме с компенсированными намагничивающими силами. Однако ввиду большой массы и высокой стоимости этот дроссель не используется в сварочных выпрямителях для формирования падавших внешних характеристик.

Наилучшим образом дроссель насыщения раскрыл свои возможности при работе в режиме с самоподмагничиванием, в котором формируются жесткие характеристики особой формы.

На рис. 3.14 представлена схема такого выпрямителя. Трехфазный трансформатор Т с нормальным рассеянием понижает напряжение. Дроссель насыщения L имеет шесть сердечников, на каждом из которых намотано по одной рабочей обмотке (ОР). Обмотки управления (ОУ) и смещения (ОСМ) охватывают все шесть стержней. В цепи обмотки управления имеется регулировочный реостат R. В цепи каждой рабочей обмотки установлено по вентилю силового выпрямленного блока V, поэтому по обмоткам идет ток только одного направления, так что намагничивающие силы рабочих обмоток и обмотки управления всегда совпадают. Такая конструкция называется дросселем с самонасыщением или самоподмагничиванием.

Рис. 3.14. Выпрямитель, управляемый дросселем насыщения с самоподмагничиванием: а – упрощенная принципиальная схема; б – кривая намагничивания; в – внешняя характеристика

Для понимания принципа работы выпрямителя достаточно рассмотреть магнитные процессы только в одном сердечнике, на рабочую обмотку которого подано максимальное напряжение трансформатора (см. рис. 3.14, б). Обмотка управления создает небольшую намагничивающую силу I_уW_y, соответствующую точке D, так что при холостом ходе выпрямителя сердечник не насыщен. При нагрузке намагничивающие силы обмоток ОУ и ОР складываются.

При малых сварочных токах намагничивающая сила рабочей обмотки I_дW_р мала. Следовательно, рабочая точка, соответствующая намагничивающей силе iW=I_yW_y+i_дW_р, перемещаясь по траектории DED остается левее точки Е. Поскольку сердечник при малых токах не насыщен, то при периодическом изменении рабочего тока существенно меняется магнитный поток в сердечнике, а в рабочей обмотке наводится значительная противоЭДС e_L. Среднее значение противоЭДС e_L, резко увеличивается с ростом сварочного тока. Следовательно, внешняя характеристика выпрямителя на участке D¢E¢ крутопадающая (см. рис.3.14, в).

При больших сварочных токах сердечник дросселя приходит в насыщенное состояние правее точки Е. При периодическом изменении сварочного тока рабочая точка перемещается по траектории DEFED, При разных нагрузках положение точки F смещается, но изменение потока ΔФ_max и величина противоЭДС дросселя E_Lmax остаются постоянными так же, как и выпрямленное напряжение U_в= U₀- E_Lmax Таким образом, внешняя характеристика на участке E¢F¢ получается жесткой (см. рис.3.14, в). Такая ломаная характеристика особой формы D¢E¢F¢ благоприятна при сварке в углекислом газе, поскольку жесткий участок способствует саморегулированию дуги, а повышенное напряжение холостого хода необходимо для надежного зажигания.

Жесткая внешняя характеристика с повышенным напряжением холостого хода получается у выпрямителя благодаря использованию дросселя насыщения с самоподмагничиванием, потери напряжения у которого при больших токах не зависят от нагрузки

Регулирование режима параметров режимов сварки. При увеличении тока управления I_у точка D (см. рис.3.14, б) смещается в положение D₁, поэтому уменьшаются ΔФ_max и E_Lmax, увеличивается U_в , а внешняя характеристика смещается в положение E¢₁ F¢₁. I_y↑=> ΔФ_max↓=> E_Lmax↓ =>U_В↑

Выпрямленное напряжение плавно регулируется изменением тока обмотки управления.

К сожалению, самоподмагничивание сокращает диапазон регулирования напряжения. Для получения малых напряжений пришлось бы ме­нять направление тока в обмотке управления, что сопряжено с известными трудностями. Этот недостаток можно устранить с помощью нерегулируемой обмотки смещения ОСМ, которая создает в сердечнике поток, направленный встречно потокам обмоток ОР и ОУ.

Рассмотрим конструкцию серийно выпускаемого выпрямителя ВДГ-303 (рис. 3.15). В выпрямителе предусмотрено смешанное регулирование напряжения: ступенчатое - переключением первичных обмоток трансформатора Т и плавное - реостатом R1 в цепи обмотки управления ОУ дросселя насыщения. Пакетно-кулачковый переключатель S обеспечивает три ступени выпрямленного напряжения. На первой ступени части первичных обмоток соединяются треугольником, что обеспечивает максимальное выпрямленное напряжение. На второй ступени треугольником соединяются уже полные первичные обмотки. На третьей ступени при соединении обмоток звездой получают минимальное напряже­ние. Дроссель насыщения L1-L6 выполнен на шести витых разрезных сердечниках, на каждом из которых по одной рабочей обмотке. Три последовательно соединенные катушки обмотки управления ОУ охватывают каждая по два сердечника, так же выполнена и обмотка смещения ОСМ. Обмотка управления питается от перекомпенсированного феррорезонального стабилизатора напряжения TS через диодный мост V1 и регулировочный реостат R1. При понижении напряжения сети напря­жение на выходе стабилизатора увеличивается, способствуя постоянству выпрямленного напряжения. Обмотка смещения питается от вторичных обмоток силового трансформатора через выпрямительный блок V2 и нерегулируемый резистор R2. Силовой выпрямительный блок V3 собран по трехфазной мостовой схеме из шести кремниевых диодов B2-200-3.

Рис. 3.15. Упрощенная принципиальная схема выпрямителя ВДГ-303

Последовательно с диодами включены рабочие обмотки ОР дросселя насыщения, что и обеспечивает формирование жестких характеристик особой формы. Сглаживающий дроссель L7 снижает разбрызгивание электродного металла и повышает стабильность сварочного процесса, его индуктивность плавно и автоматически регулируется в зависимости от режима сварки. Выпрямитель снабжен быстродействующим автоматическим выключателем QF, магнитным пускателем К, приборами PV и РА. На схеме не показаны вентилятор, пусковая аппаратура и аппаратура питания приводов полуавтомата для механизированной сварки в углекислом газе.

Сварочные свойства выпрямителя с дросселем насыщения достаточ­но высоки. Повышенное напряжение холостого хода, в I,5...3 раза превышавшее сварочное, способствует надежному начальному зажиганию. Устойчивое горение дуги наблюдается во всем диапазоне регулирования напряжения за исключением самого низкого напряжения - здесь, как и при фазовом регулировании, наблюдается режим прерывистого тока. Для устранения этого дефекта глубину плавного регулирования снижают, дополняя его ступенчатым. Кроме того, устойчивости процесса способствует и специальный сглаживающий дроссель, который ликвидирует провалы в кривой сварочного тока после короткого замыкания Индуктивность дросселя, достигающая 0,5 мГн при высоких сварочных токах, автоматически снижается при низких режимах. Это позволяет уменьшить разбрызгивание во всем диапазоне регулирова­ния. Кратность плавно-ступенчатого регулирования сварочного напря­жения превышает 2,5, что отвечает технологическим требованиям