Формирование внешних характеристик тиристорных трансформаторах

Падающие внешние характеристики формируются двумя способами. Наиболее просто они получаются при использовании трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием. Наклон характеристик (тонкие линии) зависит от индуктивного сопротивления трансформатора Х_т, а напряжение холостого хода U₀ определяется углом отпирания тиристора a (рис. 2.19).

Рис. 2.19. ВАХ тиристорного трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием

Другой способ формирования падающих внешних характеристик заключается в использовании тиристорного коммутатора с отрицательной обратной связью по току (рис. 2.20). При этом трансформатор должен иметь жесткую характеристику. Датчик тока формирует сигнал, пропорциональный сварочному току U_ост=к I₂ , который сравнивается с сигналом, пропорциональным заданному значению тока

U_зт=к I_зт.

Рис. 2.20. Блок – схема тиристорного трансформатора с отрицательной обратной связью по току

Разность двух сигналов U_ост - U_{зт -}=к(I₂ - I_зт ) подается в блок фазового управления и изменяет угол поджигания a тиристоров. Это, в свою очередь, приводит к изменению напряжения нагрузки U₂. Например, при увеличении тока I₂ угол a возрастает, что приводит к уменьшению вторичного напряжения

U₂: I₂ ­ Þ U_ост ­Þ ( U_ост - U_эт ) ­Þa ­Þ U₂ ¯

На рис. 2.21 показано, как из естественной характеристики собственного трансформатора формируется искусственная крутопадающая внешняя

Рис.2.21. Внешняя характеристика трансформатора с обратной связью по току

характеристика. При холостом ходе отсутствует ток I₂ (U_ост = 0) и обратная связь не действует. Угол зажигания тиристоров при этом минимален a = 0⁰, а напряжение U₂ максимально (точка 1 на рис.2.21). При появлении сварочного тока угол a увеличивается, например, a= 30⁰ и напряжение U₂ снижается (точка 2). При дальнейшем увеличении тока рабочая точка переходит в положение 3, 4.

При введении обратной связи по напряжению дуги U_д или по напряжению сети U₁ можно получить жесткие и к тому же стабилизированные (не зависящие от колебания напряжения сети) внешние характеристики.

2.7.7. Трансформаторы для сварки трехфазной дугой

Особенности горения трехфазной дуги При сварке трехфазной дугой две фазы источника питания подключаются к электродам, третья - к изделию. Трехфазная дуга (рис.2.22) состоит из отдельных дуг, горящих в одном общем плавильном пространстве: две дуги прямого действия (между электродами и изделием) и одна косвенного действия (между электродами). На кинограмме (рис.2.22,в) показана последовательность горения дуг на интервалах I ... VI,

в соответствии с кривыми линейных напряжений (рис. 2.22, б). Например, в момент t₁ напряжение u_вс максимально, поэтому дуга будет гореть между электродами (в) и (с).

Рис. 2.22. Принципиальная схема сварки трехфазной дугой (а); Осциллограмма линейных напряжений (б); кинограммы последовательности горения дуги (в); осциллограмма тока и напряжения дуги (г); и тока в электроде (д)

С момента t₁ напряжение u_ав становиться больше напряжения u_са, возбудиться дуга между электродами (а) и (в), а дуга между электродами (с) и (а) к этому времени погаснет.

Если бы она продолжала гореть и после момента t₁ , то это бы означало, что на электроде (а) одновременно существуют и катодное и анодное пятна, т.е. у торца электрода в непосредственной близости друг от друга присутствовали бы положительный и отрицательный заряд, что невозможно.

Необходимо обратить внимание на то, что каждая дуга горит в течение двух интервалов длительностью до 2p/3 с перерывом p/3. Токи дуг (I_ав, I_вс и I_са) не равны токам в электродах (I_а, I_в, I_с ), рис.2.22, д. Форма кривых тока в электродах представляет собой искаженную синусоиду рис.2.22 д. В этом можно наглядно убедится, рассматривая междуговое пространство, как нагрузку активных сопротивлений, включенных треугольником.

Используя правило Кирхгофа можно записать сумму токов в вершинах треугольника. Так в точке (а) (интервал I, рис. 2.22. в) баланс токов запишется: i_а - i_ав± 0=0, т.е. i_а = i_ав.

В интервале II (рис. 2.22, в) i_а - i_ав - i_ас= 0, т.е. i_а = i_ав + i_ас. В интервале III (рис. 2.22,в) - ( i_а ± 0 - i_ас= 0, т.е. ) i_а = i_ас. Аналогично можно рассмотреть значение токов в обратном полупериоде, а также в других электродах.

В трехфазной дуге возможно раздельное изменение мощности расходуемой на плавление электродов или изделия путем изменения длин дуг или индуктивностей в линейных проводах L_а, L_в, L_с.

При изменении, например L_с, удается менять отношение тока в изделии к токам в электроде I_с/I_а от 0 до 1,7. Например, при малом величине I_с горит преимущественно дуга между электродами. Плавление основного металла изделия при этом незначительно, что рационально использовать при наплавке. При большой величине I_c плавление основного металла интенсивнее плавления электродов, что используется при сварке металлов большой толщины. Важным преимуществом трехфазной дуги является равномерная загрузка фаз трехфазной сети по сравнению с однофазной на переменном токе.

Схемы питания трехфазной дуги с использованием однофазных трансформаторов

Для питания трехфазной дуги широко используются схемы собранные из однофазных трансформаторов. Три одинаковых трансформатора могут быть соединены по схеме звезда или треугольник (рис. 2.23, а). Номинальная мощность каждого трансформатора должна быть не менее 1/3 мощности трехфазной дуги, которую необходимо запитать. Производительность поста трехфазной сварки в 2...2,5 раз выше, чем однофазной при одинаковых токах в электродах, т. е. трансформаторы в этой схеме недогружены. Поэтому целесообразней использовать схему питания трехфазной дуги от двух трансформаторов.

Рис. 2.23 Схемы питания трехфазной дуги.

а - треугольник, б - открытый треугольник

Наибольшее распространение получила схема открытого треугольника (рис. 2.22, б), обеспечивающая одинаковое напряжение питания дуги. При этой схеме включения возникает двухдуговой режим. когда независимая дуга между электродами вообще не горит, что снижает технологические свойства трехфазной дуги.