Сварочные выпрямители

     
     СВАРОЧНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

     
     
Устройство сварочных выпрямителей

Сварочными выпрямителями называют электрические аппараты, преобразующие переменный ток трехфазной сети в постоянный при помощи полупроводниковых приборов. Полупроводниковыми называют кристаллические вещества (например, легированные кристаллы кремния, германия и т.п.), которые используют для изготовления полупроводниковых электрических приборов - диодов, тиристоров и транзисторов. Диод (рис.1, а) обладает свойством односторонней проводимости положительного тока (анода) и задержки отрицательного тока (катода). Аналогично диоду работает тиристор (рис.1, б), который имеет управляющий электрод УЭ, через который подается электрический сигнал тиристору для открывания и пропуска тока. Его называют управляемым диодом. Свойство этих приборов пропускать ток в одном направлении и закрывать проход тока в другом аналогично свойству вентилей открывать и закрывать прохождение воды или газа, поэтому их называют полупроводниковыми вентилями. Третий прибор - транзистор (рис.1, в) обладает свойством усиления тока, напряжения и мощности.

Рис.1. Полупроводниковые приборы

а - диод; б - тиристор; в - транзистор; К - коллектор; Э - эмиттер; Б - база; 1 - полупроводниковый материал;
I - направление прямого тока; I, U - направление обратного тока и напряжения

Сварочные выпрямители имеют значительные преимущества по сравнению со сварочными преобразователями. Они повышают стабильность дуги и уменьшают разбрызгивание при сварке. КПД выпрямителей значительно выше, а потери холостого хода ниже, чем у преобразователей. Пределы регулирования сварочного тока и напряжения расширены, увеличена возможность автоматизации сварочного процесса. Выпрямители имеют меньшую массу и габариты, что упрощает их размещение на строительной площадке и в цехах. Наибольшее количество выпрямителей выпускается с питанием от трехфазной сети с применением трехфазных и шестифазных схем выпрямления.

Трехфазная мостовая схема выпрямления (рис.2, а) наиболее распространена в выпрямителях с падающей и жесткой характеристиками. Схему применяют для работы в комплекте с наиболее простой конструкцией трехфазных трансформаторов. На рис.2, б показаны синусоиды каждой фазы, а на рис.2, в - выпрямленный ток, который приобретает форму, показанную на рисунке. Пульсация его становится шестифазной с частотой 300 Гц. Выпрямленный ток имеет жесткую внешнюю характеристику. При увеличении индуктивного сопротивления характеристика получается падающей.

Рис.2. Трехфазная мостовая схема выпрямления:

а - схема; б - синусоиды каждой фазы; в - выпрямленный ток; а, б, с - вторичные обмотка силового трансформатора; VД1-VД6 - диоды;
U, U, U - фазовые напряжения; U - выпрямленное напряжение

Двойная трехфазная (шестифазная) схема с уравнительным реактором (рис.3, а) получила распространение в выпрямителях на токи до 500 А. Трансформатор при такой схеме имеет шесть вторичных обмоток, образующих две трехфазные группы а, б, с и х, у, z. Обе группы соединены уравнительным реактором L, представляющим собой дроссель, который выравнивает напряжение между двумя группами обмоток. ЭДС соответствующих фаз сдвинуты на 180°, частота 300 Гц (Рис.3, б). В выпрямителях с жесткой характеристикой вентили каждой группы работают попарно. В выпрямителях с падающей внешней характеристикой работают одновременно по 3 вентиля в двух параллельных группах при двойном трехфазном режиме. Первичная обмотка А, В и С может быть включена "звездой" или "треугольником", что обеспечивает два диапазона сварочного тока.

Рис.3. Двойная трехфазная схема с уравнительным реактором:

А, В, С - первичные обмотки трансформатора; а, б, с, х, у, z -вторичные обмотки; VД1-VД6 - диоды; U - выпрямленное напряжение

Кольцевая схема выпрямления (рис.4) наиболее распространена в однопостовых и многопостовых выпрямителях, так как, не имея уравнительного реактора, она обеспечивает эффективное использование силового трансформатора и несколько худшее использование вентилей по току. Первичная обмотка может быть соединена "звездой" или "треугольником", что обеспечивает два диапазона сварочного тока.

Рис.4. Кольцевая схема выпрямления:

А, Б, С - первичные обмотки трансформатора; а, б, с и х, у, z - вторичные обмотки; VД1-VД6 - диоды

Однопостовые сварочные выпрямители

Трехфазная мостовая схема выпрямления применена для однопостовых выпрямителей с падающей характеристикой ВД-201, ВД-306, ВД-401 на токи 200, 315 и 400 А. Они изготовляются с механическим трансформаторным регулированием и благодаря простоте конструкции, надежности и легкости обслуживания широко применяются на стройках. Изменение диапазонов в этих выпрямителях обеспечивается переключением первичных, а также вторичных обмоток трансформаторов с "треугольника" на "звезду". Плавное регулирование в пределах диапазона осуществляется путем перемещения катушек вторичной обмотки ходовым винтом. Выпрямительный мост состоит из шести кремниевых вентилей В200. Вентиляция для охлаждения вентилей - воздушная, принудительная. Нормальная работа вентиляции контролируется ветровым реле. Выпрямители ВД-306 и ВД-401 имеют защиту при аварийных ситуациях путем отключения аппарата от сети. Структурная схема и внешние характеристики выпрямителей типа ВД даны на рис.5.

Выпрямитель с дроссельным регулятором тока ВД-502-2, имеющий крутопадающую вольтамперную характеристику, предназначен для питания сварочным током до 500 А одного поста ручной дуговой сварки, а также автоматической сварки под флюсом. Крутопадающая внешняя характеристика и плавное регулирование током производятся дросселем насыщения, включенным во вторичную цепь между трансформатором и выпрямительным блоком.

Рис.5. Структурная  схема  выпрямителя ВД-306 (а),  внешние характеристики выпрямителя (б):

С - сеть; Г - трансформатор; V - выпрямительный блок; Д - дуга; 1 - диапазон больших токов; 2 -диапазон малых токов

Дроссель насыщения представляет собой замкнутый магнитопровод броневого или стержневого типа. На крайних стержнях магнитопровода броневого типа (рис.6, а) расположены две силовые обмотки переменного тока, соединенные последовательно, а на среднем стержне - обмотка управления постоянного тока, питаемая от тиристорного регулятора. При магнитопроводе стержневого типа силовые обмотки и обмотка управления расположены на обоих стержнях (Рис.6, б). При этом обмотка управления расположена навстречу силовым обмоткам. Для плавного регулирования величины сварочного тока изменяют ток обмотки управления, вследствие чего изменяется магнитное насыщение сердечников и индуктивное сопротивление дросселя, что меняет ток в силовых обмотках и, следовательно, сварочный ток.

Рис.6. Схемы однофазного дросселя насыщения броневого (а) и стержневого типа (б)

Выпрямительный блок построен по трехфазной мостовой схеме с использованием вентилей В200. Выпрямитель имеет ступенчатое регулирование путем переключения диапазонов. Плавное регулирование может быть дистанционным. Выпрямитель ВД-502-2 снабжен стабилизатором напряжения, который обеспечивает постоянство выходного напряжения при колебании напряжения сети от 5 до 10% U, охлаждение выпрямителя - воздушное принудительное. Имеется блок защиты от аварийных ситуаций, аналогичный блоку защиты выпрямителей ВД-306 и ВД-401.