Сварочные выпрямители
Сварочные выпрямители представляют собой устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямлённый). Он состоит из следующих основных узлов: силового трансформатора для понижения напряжения сети до необхо- димого напряжения холостого хода источника, блока полупроводниковых элементов для выпрямления переменного тока, стабилизирующего дросселя для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. Выпрямительный блок представляет собой набор полупроводниковых элементов, включенных по определенной схеме. Особенность полупроводниковых элементов заключается в том, что они проводят ток только в одном направлении, в результате чего сила тока получается постоянной (выпрямленной). Такие элементы об- ладают вентильным эффектом — пропусканием тока в одном на правлении; их называют полупроводниковыми вентилями. Они делятся на неуправляемые — диоды, управляемые — тиристоры.
В качестве материала для кремниевого неуправляемого вентиля-диода (рис. 10.9, 6) применяют тонкую кремниевую пластинку (катод), на одну сторону которой нанесен слой алюминия (анод). При непосредственном контактировании двух полупроводников в месте контакта образуется переходный слой (П), легко пропускающий электрический ток в одном направлении (от анода А к катоду К) и почти не пропускающий его в обратном направлении. Такой кремниевый диск с переходным слоем, впаянный в неразборный герметичный корпус (рис. 10.9, а), который имеет шпильку на одном конце для ввинчивания в охладитель, а с другого конца — вывод в виде гибкого провода, изолированного от корпуса, и представляет конструкцию диода.
Кремниевый управляемый вентиль-тиристор имеет четыре слоя и три перехода (рис. 10.9, в). Если к такому элементу приложить внешнее напряжение от анода к катоду, то средний переход П2 оказывается включенным в обратном направлении и тиристор тока не пропускает (заперт). Его можно отпереть, если подать на его управляющий электрод (УЭ) положительный потенциал (импульс). В этом случае переход П2 открывается и ток идет по тиристору от анода к катоду. Тиристор снова запрется лишь при спаде протекающего по нему тока до нуля. Изменяя по фазе электрический угол открывания тиристора, т. е. время подачи импульса относительно начала синусоиды питающего напряжения, можно регулировать среднее значение выпрямленного тока. Таким образом, тиристор будет выполнять функции не только выпрямителя, но и регулятора сварочного тока. Изменяют время подачи импульса, а следовательно, и силу тока с помощью специального электронного устройства. Конструктивно кремниевый тиристор выполнен, как и кремниевый диод, но имеет еще третий (управляющий) электрод. В промышленности в настоящее время получили распространение кремниевые и селеновые диоды и кремниевые тиристоры.
На рис. 10.10 показана схема выпрямления однофазного переменного тока. Она состоит из силового однофазного трансформатора и четырех диодов, включенных по мостовой схеме. При таком варианте получают непрерывный выпрямлённый пульсирующий ток с падением его до нуля после каждого полупериода. В сварочных выпрямителях силовой трансформатор, как правило, применяют трехфазный, что обеспечивает равномерную загрузку трехфазной сети, а с другой стороны, позволяет получать меньшие пульсации выпрямлённого тока.
В этом случае диоды соединяют по трехфазной мостовой схеме двухполупериодного выпрямления (рис. 10.11), представляющей собой мост из шести плеч. В каждом плече моста установлены вентили. Диоды в плечах каждой фазы соединены последовательно. В трех плечах соединены между собой все катоды, составляющие катодную группу выпрямителя, в остальных трех — все аноды, образующие анодную группу. Такая схема обеспечивает выпрямление обоих полупериодов переменного трехфазного тока во всех трех фазах. Применение трехфазной мостовой схемы позволяет свести пульсации выпрямленного тока до минимума.
Выпрямители для ручной дуговой сварки изготовляют на номинальные значения сварочного тока от 125 до 500 А при номинальном рабочем напряжении от 25 до 40 В. Выпрямители для механизированной и автоматической дуговой сварки изготовляют на номинальные значения сварочного тока от 500 до 2000 А при номинальном рабочем напряжении от 46 до 66 В. Технические характеристики некоторых типов выпрямителей, широко применяемых в производстве, приведены в табл. 10.3.
Сварочный выпрямитель ВД-306 УЗ предназначен для питания сварочной дуги постоянным током при ручной дуговой сварке, наплавке и резке металлов при питании от сети трехфазного переменного тока. Он состоит из понижающего сварочного трансфор- матора с подвижной первичной обмоткой, выпрямительного кремниевого блока с вентилятором, пусковой и защитной аппаратуры. Все составляющие части выпрямителя смонтированы на каркасе тележки и защищены кожухом из листового металла.
Напряжение, необходимое для процесса сварки, падающая внешняя характеристика выпрямителя и регулирование сварочного тока обеспечиваются трехфазным трансформатором с повышенным магнитным рассеянием. Через верхнее ярмо трансформатора пропущена направляющая ходового винта. При вращении винта проис- ходит перемещение первичной обмотки и тем самым изменяется расстояние ее располо- жения от вторичной обмотки. Преобразование переменного тока в постоянный (сварочный) осуществляется с помощью выпрямительного блока, состоящего из шести диодов, собранных по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Охлаждение выпрямителя — воздушное, принудительное. Для подключения выпрямителя к питающей сети на передней решетке корпуса имеется штепсельный разъем, для подключения сварочного кабеля там же имеются два гнезда токовых разъемов, обозначенных знаками “+” и “-“ . На лицевой панели корпуса расположен переключатель диапазонов сварочного тока, контрольные приборы и кнопки управления. Выпрямитель имеет два диапазона регулирования сварочных токов. Внутри каждого диапазона плавное регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между обмотками сварочного трансформатора. Внешние характеристики выпрямителя (рис. 10.12) имеют крупнопадающую рабочую часть с небольшими кратностями тока короткого замыкания (1,2—1,4) от сварочного тока при номинальном рабочем напряжении.
Сварочный выпрямитель ВДГ-601 предназначен для однопостовой механизированной сварки в среде углекислого газа на форсированных режимах. Выпрямитель имеет трехфазный трансформатор, силовой выпрямительный блок на тиристорах, собранных на шестифазной схеме, дроссель в сварочной цепи, блок управления тиристорами, блок управления сварочным полуавтоматом, подогреватель газа, пускорегулирующую и защитную аппаратуру. Для подключения выпрямителя к сети и подключения сварочного про вода имеются специальные зажимы. Силовой сварочный трансформатор — стержневого типа, трехфазный, с нормальным магнитным рассеянием. Первичная и вторичная обмотки расположены концентрически на стержнях магнитопровода. Силовой выпрямительный блок состоит из шести тиристоров. Охлаждение выпрямителя воздушное, принудительное.
Плавное регулирование сварочного напряжения осуществляется резисторами, расположенными на блоке управления (местное управление), или с пульта управления полу-
автоматом (дистанционное управление). Выпрямитель имеет жесткие внешние характеристики (рис. 10.13).
Сварочные выпрямители ВСВУ - ВСП. Источники питания дуги этого вида относятся к тиристорным выпрямителям. Отличительным элементом их по сравнению с предыдущими является наличие тиристорного выпрямительного блока, который может использоваться в качестве регулятора силы тока. За счет управляющих импульсов, подаваемых на тиристорный блок, формируют вольтамперную характеристику выпрямителя и осуществляют его настройку на заданный режим непрерывной или импульсной дуговой сварки. Для этой цели в источнике предусмотрен специальный блок фазоимпульсного управления. Тиристорные выпрямители отличаются высокой стабилизацией по напряжению и силе тока дуги при изменениях напряжения питающей сети, длины дуги и температуры окружающей среды.
Принципиальная электрическая схема источников типа ВСВУ приведена на рис. 10.14, а. Трехфазный силовой трансформатор имеет одну первичную обмотку W1; и две вторичные W2; и W2 в. Обмотка W2 подключена к тиристорному выпрямителю V(RТ), выполняющему роль регулятора тока и имеющему пологопадающую вольтамперную характеристику. От вторичной обмотки W2 в напряжение подводится к диодному выпрямительному блоку Vв, образующему вспомогательный источник питания дуги с крутопадающей вольтамперной характеристикой с помощью дросселей Lв. Вспомогательный источник питания предназначен для зажигания дуги, сварки на малых токах и др. В процессе сварки дуга питается одновременно от обоих источников. Совмещение двух источников питания позволило существенно снизить напряжение холостого хода основного источника и сформировать крутопадающие внешние характеристики в области рабочих токов (рис.10.14, 6). Источники питания используют для автоматической сварки вольфрамовым электродом.
Источники питания дуги типа ВСП предназначены для механизированной сварки плавящимся электродом и имеют пологопадающие внешние характеристики. Единая принципиальная схема источников обеих серий реализована в виде унифицированных блоков. В настоящее время эти выпрямители получили широкое распространение в промышленности.
