Сварочные выпрямители - Закс М.И.

Author: Закс М.И.

Tags: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления электротехника электрические машины и аппараты электронно-и аппаратостроение сварка сварочное оборудование

Year: 1983

Similar

Источники питания сварочной дуги

Эксплуатация сварочного оборудования. Справочник рабочего

Основы сварочного дела

Оборудование для дуговой сварки. Справочное пособие

Text

М. И. Закс
СВАРОЧНЫЕ
ВЫПРЯМИТЕЛИ
М.И. ЗАКС
Сварочные
выпрямители
ig
Ленинград
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
Ленинградское отделение
1S83
ББК 31.264.5
3-20
УДК 621.791.037:621.314.6
Рецензент 4. С. Васильев
Закс М. И.
3 20 Сварочные выпрямители,—Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.
отд-ние, 1983.— 96 с., ил.
35 к.
Рассмотрены электрические схемы, конструкции, статические и динамические
характеристики сварочных выпрямителей (для ручной сварки, механизированной
сварки под флюсом п в газах, многопостовой, импульсно-дуговой и т. п.), серийно
выпускаемых отечественной промышленностью н намеченных к выпуску. Приводятся
описания специализированных сварочных установок, разработанных на основе сва-
рочных выпрямителей.
Для инженерно-технических работников
2302050000--131
051 (01)—83
174—83
ББК 31.264-5
6П2.1-082
© ЭнергоатомиздаТ'
ПРЕДИСЛОВИЕ
В последние годы все более широкое распространение
получает дуговая сварка на постоянном токе, совершенствуются
традиционные и создаются новые, высокоэффективные способы
сварки. Непрерывно увеличивается потребность в источниках пи-
тания постоянного тока.
Ранее в качестве источников питания постоянного тока исполь-
зовались исключительно вращающиеся моторно-генераторные пре-
образователи, обладающие существенными эксплуатационными
недостатками: значительной массой и габаритами, низким КПД,
большими потерями при холостом ходе, невысокой надежностью,
большим уровнем шума и вибраций.
Прогресс, достигнутый в последние годы в области производ-
ства полупроводниковых вентилей, позволил почти полностью ре-
шить вопрос о замене вращающихся преобразователей статически-
ми полупроводниковыми преобразователями. Такие преобразовате-
ли переменного тока в постоянный, обеспечивающие требуемые
для сварки статические и динамические характеристики, получили
название сварочных выпрямителей.
В настоящее время разработана широкая номенклатура свароч-
ных выпрямителей различной мощности и назначения.
Освоен массовый выпуск выпрямителей на неуправляемых по-
лупроводниковых вентилях (диодах) и крупных серий выпрями-
телей на управляемых полупроводниковых вентилях (тиристорах).
Выпрямители успешно используются в промышленности и на
стройках.
Полупроводниковые сварочные выпрямители по сравнению с
моторно-генераторными преобразователями значительно проще по
конструкции, более надежны, не требуют постоянного обслужива-
ния. На их изготовление идет значительно меньше активных мате-
риалов. Вместо дорогой и дефицитной меди используются алюми-
ниевые обмоточные материалы. Существенно ниже трудоемкость
их изготовления. Кроме того, сварочные выпрямители имеют боль-
ший КПД, низкие потери при холостом ходе и бесшумны в работе.
Сварочные выпрямители на тиристорах отличаются меньшей
массой при одновременном повышении КПД, а также обеспечивают
ряд ценных технологических свойств процесса сварки: стабилиза-
цию режима сварки при колебаниях напряжения сети,
з
дистанционное управление, простейшее программирование свароч-
ного тока (плавное нарастание и спадание тока, импульсный ре-
жим и т, д.).
Высокое быстродействие и малая мощность управления позво-
ляют использовать тиристорные сварочные выпрямители в качестве
исполнительного органа систем автоматического управления тех-
нологическими сварочными комплексами.
Сварочные выпрямители имеют специфические особенности, ко-
торые проявляются при выборе силовых схем, систем управления
и регулирования, в конструктивном оформлении.
В настоящей книге изложены принципы классификации сва-
рочных выпрямителей, основные сведения о применяемых в них
полупроводниковых вентилях и схемах выпрямления, о методах
регулирования напряжения и тока и о системах фазового управле-
ния выпрямителей. Рассмотрены схемы и конструкции основных
типов выпрямителей, выпускаемых промышленностью, отдельные
вопросы эксплуатации сварочных выпрямителей.
Книга отражает многолетний опыт разработки сварочных вы-
прямителей во Всесоюзном научно-исследовательском институте
электросварочного оборудования (ВНИИЭСО) и их внедрения в
промышленность.
Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адре-
су: 191041, Ленинград, Марсово поле, 1, Ленинградское отделение
Энергоатомиздата.
Автор
ГЛАВА ПЕРВАЯ
Классификация
и основные технические характеристики
сварочных выпрямителей
Сварочный выпрямитель состоит из следующих основ-
ных элементов: трансформатора, регулирующего устройства и по-
лупроводниковых вентилей. Часто в комплект выпрямителей вхо-
дит дроссель, включаемый в цепь постоянного тока для сглажива-
ния пульсаций и обеспечения нормального переноса электродного
металла при сварке.
Обычно полупроводниковые выпрямители классифицируются по
следующим основным признакам:
по числу фаз питания (с однофазным и трехфазным питанием);
по схеме выпрямления;
по типу полупроводниковых вентилей (селеновые, кремниевые);
по управляемости вентилей (управляемые, неуправляемые);
по способу регулирования тока и напряжения в выпрямителях
с неуправляемыми вентилями.
Сварочные выпрямители, кроме того, в зависимости от числа
сварочных постов, которые могут быть одновременно подключены
к выпрямителю, разделяются на однопостовые и многопосто-
вые.
В зависимости от вида статической внешней вольт-амперной
характеристики все сварочные выпрямители подразделяются на
выпрямители с крутопадающими или пологопадающими (жестки-
ми) внешними характеристиками. Выпрямители, сочетающие в себе
оба вида внешних характеристик, получили название универсаль-
ных сварочных выпрямителей.
Внешней характеристикой выпрямителя называют зависимость
выпрямленного напряжения Ua на его зажимах от выпрямленного
тока /й. Выпрямленный ток Id является сварочным током выпря-
мителя. Выпрямленное напряжение Ud при некотором значении
сварочного тока называют условным рабочим напряжением на за-
жимах выпрямителя.
Сварочный ток при крутопадающих внешних характеристиках —
ПВХ (рис. 1-1) регулируется в заданном диапазоне от минималь-
ного ld\ до максимального /d2 значения при постоянном выпрям-
ленном напряжении холостого хода Urt0. Каждому значению сва-
рочного тока соответствует определенное значение условного ра-
бочего напряжения. Так, при ручной дуговой сварке согласно тре-
бованиям стандартов рабочее напряжение в вольтах и сварочный
5
ток связаны зависимостью
Ud = 20 + 0,04/d.
Рабочее напряжение при жестких (пологопадающих) внешних
характеристиках — ЖВХ (рис. 1-2) регулируется в заданных пре-
делах от минимального Ud\ до максимального ий2 значения, при-
чем диапазон регулирования рабочего напряжения выбирается
в строгом соответствии с заданным диапазоном сварочного тока
от 1а\ до /й2.
Сварочный ток при ПВХ или рабочее напряжение при ЖВХ
могут регулироваться плавно или ступенчато.
Вид внешних характеристик выпрямителя обычно связан с осо-
бенностями сварочного процесса, для которого предназначен вы-
Рис. 1-1. Крутопадающие внеш-
ние характеристики
Рис. 1-2. Жесткие (пологопа-
дающие) внешние характери-
стики
прямитель. Требования к виду внешних характеристик определяет-
ся такими показателями сварочного процесса, как тип электрода
(плавящийся, неплавящийся, сжатая дуга), характер среды, в ко-
торой происходит сварка (открытая дуга, дуга под флюсом, в за-
щитных газах), степень механизации (ручная, полуавтоматиче-
ская, автоматическая сварка), способ регулирования режима дуги
(саморегулирование, автоматическое регулирование напряжения
дуги).
Так, выпрямители с ПВХ используются для ручной дуговой
сварки покрытыми штучными электродами, аргонодуговой сварки
вольфрамовым электродом, сварки сжатой дугой, механизирован-
ной сварки под флюсом на автоматах с регулированием скорости
подачн электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги.
Выпрямители с ЖВХ применяются при механизированной свар-
ке плавящимся электродом в среде защитных газов и под флю-
сом при постоянной, не зависящей от напряжения дуги скорости
подачи электродной проволоки.
Каждому виду сварки соответствует определенная крутизна
наклона как ПВХ, так и ЖВХ. Так, например, наиболее крутые
ПВХ характерны для аргонодуговой сварки, более пологие —для
6
ручной сварки штучными электродами, еще более пологие — для
сварки под флюсом.
Сварочные выпрямители выпускаются на самые различные
токи — от единиц до тысяч ампер. Шкала номинальных то-
ков отечественных сварочных выпрямителей регламентируется
ГОСТ 10594—80. Серийные отечественные сварочные выпрямители
выпускаются на номинальные токи 200, 315, 500, 630, 1000, 1250 и
1600 А.
Нагрузка сварочного выпрямителя, как правило, является пе-
ременной. Весь процесс сварки обычно состоит из ряда повторяю-
щихся циклов длительностью tn, в которых рабочий период tp че-
редуется с паузами tn, связанными со сменой электрода, подготов-
кой к наложению следующего шва и т. п.
Согласно стандартам на сварочные выпрямители различают
три типовых режима работы:
1. Продолжительный — режим работы при неизменной нагрузке.
2. Перемежающийся — режим, при котором кратковременные
рабочие периоды чередуются с периодами работы выпрямителя
на холостом ходу. Режим характеризуется относительной продол-
жительностью нагрузки
С С
ПН =7 или ПН»/о = -Л100.
*11 *Ц
3. Повторно-кратковременный режим, при котором кратковре-
менные рабочие периоды чередуются с периодами отключения си-
ловой цепи выпрямителя от сети. Режим характеризуется относи-
тельной продолжительностью включения
ПВ=~ или ПВ«/о = 100.
*ц *ц
Длительность цикла работы при перемежающемся и повторно-
кратковременном режимах составляет 5 мин для выпрямителей
ручной дуговой сварки и 10 мин для выпрямителей механизирован-
ной сварки и универсальных.
Номинальный ток выпрямителя /дном всегда связан с режимом
работы, на который рассчитан данный выпрямитель. Например,
Id ном = 315 А, ПВ = 60%.
Длительно допустимый по нагреву ток выпрямителя /йдл связан
с номинальным сварочным током и режимом работы следующим
соотношением:
Лгдл = Лпюм д/ПН или [д дл = „ОМ7ПВ •
В зависимости от климатических условий, в которых предназ-
начено работать сварочным выпрямителям, они изготовляются в
исполнении У и Т. Выпрямители исполнения У предназначены для
внутрисоюзных поставок, а также для поставок на экспорт в стра-
ны с умеренным климатом. Выпрямители исполнения Т предназ-
начены для поставок на экспорт в страны с тропическим климатом.
В зависимости от вида помещений, в которых предстоит ра-
ботать сварочным выпрямителям, они изготовляются категории
7
размещения 3 и 4. Выпрямители категории 3 предназначены для
работы в сырых, неотапливаемых помещениях с колебаниями тем-
пературы от —40 до +40 °C. Выпрямители категории 4 предназ-
начены для работы в отапливаемых помещениях с колебаниями
температуры от +1 до +45 °C. Для отдельных типов сварочных
выпрямителей нижние значения рабочих температур отличаются
от указанных норм, в этих случаях они оговариваются дополни-
тельно в нормативной и эксплуатационной документации. Тип ат-
мосферы II, в которой могут работать сварочные выпрямители,
регламентирован ГОСТ 15150—69.
Степень защиты оболочек по ГОСТ 14254—80 должна быть не
ниже 1Р22 для сварочных выпрямителей ручной сварки и не ниже
1Р21 для сварочных выпрямителей механизированной сварки.
Конструкции всех сварочных выпрямителей удовлетворяют
требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.007.0--75, ГОСТ
12.2.007.8—75 и ГОСТ 12.1.003—76.
В настоящее время принята единая структура обозначения элек-
тросварочного оборудования, выпускаемого заводами МЭТП СССР.
Обозначение типов изделий состоит из буквенной и цифровой
частей: первая буква обозначает тип изделия (Т — трансформа-
тор, В — выпрямитель, У—установка), вторая — вид сварки (Д —
дуговая, П — плазменная), третья — способ сварки (Ф — под флю-
сом, Г — в защитных газах, У — универсальный источник для не-
скольких способов сварки, отсутствие буквы означает ручную
сварку штучными электродами), четвертая буква дает дальнейшее
Пояснение назначения источника (М — для многопостовой сварки,
И —для импульсной сварки); две (или одна) цифры после чер-
точки указывают значение номинального сварочного тока источни-
ка округленно в сотнях ампер; две последующе цифры — регистра-
ционный номер изделия; следующие буква и цифра обозначают
климатическое исполнение (У или Т) и категорию размещения (3
или 4) Так, наименование изделия ВДУМ-4 X 401УЗ обозначает
выпрямитель для дуговой сварки, универсальный, многопостовой,
на 4 поста на ток 400 А, регистрационный номер 01, климатиче-
ское исполнение У, категория размещения 3.
ГЛАВА ВТОРАЯ
Силовые кремниевые вентили
2-1. НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ И УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЕНТИЛИ
Для производства силовых вентилей используется примесный моно-
кристаллический кремний с электронной проводимостью (п-типа), из слитков ко-
торого вырезаются круглые пластины диаме>ром 10—50 мм, толщиной 0,3—
0,55 мм. На пластине методом сплавления или диффузии соединений алюминия
и бора создают слой кремния с дырочной проводимостью (р-типа),
3
Электронно-дырочный (р-л) переход, представляющий собой область на
границе между двумя слоями разной проводимости, является основой силового
кремниевого вентиля. Резкая зависимость электрических свойств р-п-перехода от
направления тока определяет вентильные свойства кремниевой пластины.
В зависимости от способности выполнять различные функции в полупро-
водниковых преобразователях силовые кремниевые вентили подразделяются на
неуправляемые и управляемые,
Неуправляемый кремниевый вентиль, или диод, — полупроводниковый при-
бор на основе двухслойной монокристаллической структуры кремния с одним
р-п-персходом, обладающий способностью пропускать ток в прямом направлении
и запирать ток в обратном направлении. Диод имеет два силовых вывода —
анод и катод.
Управляемый кремниевый вентиль, или тиристор, — полупроводниковый при-
бор на основе четырехслойной (р-п-р-п) монокристаллической структуры крем-
ния с тремя р-п переходами, обладающий характеристикой с двумя устойчивыми
состояниями в прямом направлении и запирающими свойствами в обратном на-
правлении. Тиристор имеет три вывода: два силовых — анод и катод и один уп-
равляющий.
При подаче сигнала на управляющий вывод прибор переходит из закрытого
состояния в открытое.
В сварочных выпрямителях используется широкая номенклатура отечествен-
ных диодов и тиристоров, выпускаемых по ГОСТ 20859—75.
В последние годы осваиваются новые приборы единой унифицированной се-
рии, параметры и характеристики которых регламентируются ГОСТ 20859.1—79
и ГОСТ 24650-81.
2-2. КОНСТРУКЦИИ ВЕНТИЛЕЙ
Конструктивные исполнения корпусов силовых кремниевых приборов
весьма разнообразны. В сварочных выпрямителях наибольшее распространение
получили приборы штыревого и таблеточного исполнений. У приборов штыревого
исполнения один силовой вывод (анод или катод) выполнен в виде шпильки с

исполнения один силовой вывод (анод или катод)
резьбой для присоединения
к охладителю. Второй вы-
вод может быть гибким
или жестким. У приборов
таблеточного исполнения
плоские поверхности таблет-
ки представляют собой
анодный и катодный выво-
ды и предназначены для
присоединения к двусторон-
нему охла цителю.
Согласно ГОСТ 20859.1—
79 конструктивным испол-
нениям корпусов приборов
присвоено цифровое обозна-
чение: штыревой с гибким
выводом—1, штыревой с
жестким выводом — 2, таб-
леточный — 3.
На рис. 2-1 представле-
ны в разрезе диод (я) и
тиристор (б) штыревого ис-
полнения, получившего ши-
и тиристор (б) штыревого ис-
Рис. 2-1. Диод (а)
полпенни
рокое распространение в
СССР и за рубежом с пер-
вых разработок и до настоящего времени. Основу прибора составляет вентиль-
ный элемент 2, представляющий собой монокристаллическую пластину, которая
для обеспечения механической прочности и предотвращения опасных термических
9
напряжений впаивается между двумя термоко.мпеисируюшими вольфрамовыми
дисками толщиной 1,0—1,5 мм. Вентильные элементы тиристоров имеют также
управляющий вывод, припаянный к термокомпенсирующему диску.
Для зашиты от механических воздействий, влияния окружающей среды, для
обеспечения теплоотвода вентильный элемент помещается в герметичный кор-
пус. Корпус состоит из медного основания /, выполненного в виде шесгпгоан-
ника со шпилькой, и металлостеклян-
ной крышки 5. Вентильный элемент
припаян к основанию мягким припоем.
Внутренние выводы, силовой 4
и управляющий, припаиваются к вен-
тильному элементу и стержням крыш-
ки 6. Вентили снабжены наружными
выводами — гибким силовым 7 и уп-
Рис. 2-2. Тиристор таблеточной конст- равняющим 8. Герметизация корпуса
рукции обеспечивается соединением метал-
лостеклянной крышки с основанием
методом опрессовки: в качестве
герметизирующей прокладки применяется фторопластовое уплотнительное коль-
цо 3. На поверхность крышки корпуса наносится антикоррозионное полимерное
покрытие. На боковой поверхности крышки указывается тип вентиля.
Штыревые приборы, у которых основание корпуса является анодом, назы-
вают приборами с прямой полярностью в отличие от приборов обратной поляр-
ности с катодом на основании корпуса.
В последние годы при производстве высоковольтных штыревых вентилей
взамен металлостеклянных корпусов применяются металлокерамические, обла-
дающие лучшими изоляционными свойства-
ми. Ряд зарубежных фирм (Дженерал элек-
трик, Хитачи) выпускает вентили в метал-
локерамических корпусах с ребристым ке-
рамическим изолятором, что еще больше
повышает изоляционые свойства и снижает
габариты вентилей.
В настоящее время широкое распрост-
ранение получают приборы таблеточной
конструкции. На рис. 2-2 представлен таб-
леточный тиристор Т2-320 (без охлади-
теля). Тиристор выполнен в металлокера-
мическом корпусе с ребристым керамиче-
ским радиатором, через который проходит
управляющий электрод.
За счет компактности конструкции и
двустороннего теплоотвода таблеточные
вентили имеют небольшую массу и габа-
риты. Симметричность конструкции легко
позволяет менять полярность прибора. Вен-
тили имеют высокую стойкость к вибра-
ционным и ударным нагрузкам. Кроме того,
одним из основных преимуществ приборов
таблеточной конструкции является их повы-
шенная цнклостойкость. В реальных условиях эксплуатации вентили работают
в повторно-кратковременных режимах с циклическими изменениями температуры.
При этом в вентилях с паяными контактами наблюдается разрушение припоя
или кремниевых структур: в случае применения мягких припоев изменение тем-
пературы вызывает рекристаллизацию припоев и разрушение контактов, при ис-
пользовании твердых припоев вследствие больших изгибающих напряжений вы-
ходит нз строя кремниевая структура.
Повышенная циклостойкость таблеточных приборов обеспечивается за счет
сочетания пайки и прижимного контакта вентильного элемента.
Согласно ГОСТ 20859.1—79 приборы единой унфицировашюй серии в зави-
симости от значения базового конструктивного размера делятся на модификации,
Рис. 2-3. Приборы таблеточной и
штыревой конструкции с радиа-
торами
ю
которым присваиваются цифровые обозначения. За базовый конструктивный раз-
мер у штыревых тиристоров принят размер шестигранника основания корпуса,
а у таблеточных — диаметр корпуса.
На рис. 2-3 показан внешний вид приборов на ток 200 А таблеточной и шты-
ревой конструкции с радиаторами.
До последнего времени силовые кремниевые вентили поставляются на за-
воды-изготовители сварочных выпрямителей — только россыпью и там комп-
лектуются и собираются в выпрямительные блоки. В настоящее время встал во-
прос об изготовлении собранных кремниевых выпрямительных блоков.
Более того, как в отечественной, так и в зарубежной практике решается во-
прос об унификации и типизации вентильных блоков как одного из узлов пре-
образовательного агрегата [19]. Ряд зарубежных фирм (АЕГ, Вестингауз, Броун
Бовсри) в таких блоках предусматривает также элементы схемы управления и
защиты. Например, в тиристорных блоках фирмы Броун Бовери наряду с си-
ловыми тиристорами установлены предохранители, /?С-цепи, трансформаторы
управления (выходные), ограничительные резисторы и защитные диоды в цепи
управляющего электрода. Блоки имеют силовые клеммы и клеммники для цепей
управления.
В дальнейшем намечается отказ от блоков, состоящих из большого числа
дискретных силовых элементов (вентилей), и переход на монолитные блочные
конструкции — твердые силовые вентильные схемы. Эти конструкции будут вы-
соконадежны и иметь малые габариты за счет плотной компоновки и улучшен-
ных условий теплоотвода. Такие системы будут аналогами гибридных инте-
гральных схем в радиоэлектронике. Исследования по разработке и изготовлению
силовых вентильных схем уже ведутся за рубежом и в СССР [19].
2-3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕНТИЛЕЙ
Вольт-амперные характеристики. Основные свойства полупроводни-
кового вентиля наглядно отражает его вольт-амперная характеристика. Разли-
чают статическую и динамическую вольт-амперные характеристики. Стати-
ческая характеристика снимается на постоянном токе, динамическая — на пере-
менном токе в мгновенных значениях
напряжения и тока. Параметры динами-
ческой вольт-амперной характеристики
регламентируются стандартами на диоды
и тиристоры. На рис. 2-4 изображена
динамическая вольт-амперная характери-
стика кремниевого диода В2-200 па пре-
дельный ток /пр — 200 А.
Предельный ток диода или тиристо-
ра /Пр — максимально допустимый сред-
ний за период ток частотой 50 Гц, сину-
соидальной формы, длительно протекаю-
щий через диод или тиристор при их
работе в однофазной одиополупериод-
ной схеме па активную нагрузку и угле
проводимости 180 эл. градусов, при мак-
симально допустимой температуре р-п-
перехода и определенных тепловых усло-
виях. Это основной параметр прибора,
определяющий его тип.
Прямая ветвь вольт-амперной ха-
рактеристики, расположенная в первом
квадранте, представляет собой зависи-
мость прямого падения напряжения на
Рис. 2-4. Динамическая вольт-ампер-
ная характеристика кремниевого ди-
ода В2-200
вентиле от протекающего прямого тока.
Величина иа на прямой ветви определяет пороговое напряжение вентиля.
Котангенс угла наклона секущей, проходящей через точки 0,5л/пр и 1,5л/пр.
11
определяет динамическое сопротивление прямой ветви характеристики =
= ctg fj.
Прямое падение напряжения на вентиле при амплитудном значении предель-
ного тока равно
Ди = 4" л/цр/?д.
ратный ток возрастает незначительно.
Рис. 2-5. Вольт-амперная характеристика
кремниевого тиристора
пирающих свойств вентилей. Рекомендуемое
ряющегося приблизительно в 1,5 раза.
Согласно техническим условиям на диоды и тиристоры прямое падение на-
пряжения для каждого типа вентиля ограничено определенными значениями. На-
пример, для диода типа В2-200 падение напряжения не более 1,85 В.
Для параллельного соединения используются приборы только с небольшим
разбросом по прямому падению напряжения.
Обратная ветвь характеристики (третий квадрант) представляет собой зави-
симость обратного тока, протекающего через вентиль, от приложенного к нему
обратного напряжения. На обратной ветви различают два характерных участка.
На первом участке Оа при значительном увеличении обратного напряжения об-
тором участке, после точки а, при
незначительном возрастании обрат-
ного напряжения обратный ток
резко увеличивается. Напряжение
Uj в точке перегиба обратной ха-
рактеристики называется пробив-
ным напряжением.
Для нормальной работы вен-
тиля пробивное напряжение долж-
но быть приблизительно вдвое
больше допустимого повторяюще-
гося напряжения.
Повторяющееся напряжение
Un — наибольшее мгновенное на-
пряжение, прикладываемое к дио-
ду в обратном направлении, а к
тиристору — в обратном и пря-
мом закрытом направлениях, с
учетом всех повторяющихся пере-
ходных напряжений, возникающих,
например, при восстановлении за-
рабочее напряжение меньше повто-
Класс вентиля обозначается цифрой, являющейся частным от деления на
100 повторяющегося напряжения. Для последовательного соединения исполь-
зуются приборы одного класса. Амплитудные значения обратных токов при при-
ложении к вентилям повторяющегося напряжения регламентируются стандартами
на диоды и тиристоры.
Лавинные диоды и тиристоры отличаются от нелавинных резким перегибом
обратной ветви вольт-амперной характеристики при некотором напряжении, на-
зываемом напряжением лавины и.,. У нелавинных приборов при приложении по-
вышенного обратного напряжения вследствие неоднородности кристаллической
структуры пробой возникает в одной или нескольких точках. Из-за значитель-
ного выделения теплоты в этих точкач пробой носит необратимый характер и
приводит к выходу вентиля из строя.
Для изготовления лавинных вентилей используется однородный исходный
кремний и применяется технологический метод «защитного кольца» пли спе-
циальная геометрия фаски вентильного элемента [18]. При приложении к вен-
тилю обратного напряжения, превышающего напряжение лавины, пробой насту-
пает не в одной точке, а по всей поверхности структуры. Вследствие этого струк-
тура способна рассеивать при работе в обратном направлении значительную
энергию, пропускать большой обратный ток и ограничивать воспринимаемое вен-
тилем напряжение.
На рис. 2-5 изображена вольт-амперная характеристика кремниевого тири-
стора.
12
Если цепь управляющего электрода тиристора разомкнута, а прямое напря-
жение между анодом и катодом не превышает некоторого значения, называе-
мого напряжением переключения wnep, в силовой цепи проходит весьма незначи-
тельный ток, называемый током утечки тиристора. Тиристор заперт.
Перевод тиристора из запертого состояния в открытое может быть осуще-
ствлен двумя способами:
а) приложением к цепи анод — катод прямого напряжения, превышающего
напряжение переключения иПер; такое переключение является аварийным;
б) подачей на управляющий электрод положительного импульса управляю-
щего напряжения цу при наличии на тиристоре прямого напряжения.
В открытом состоянии тиристор имеет весьма малое сопротивление. Пара-
метры прямой ветви вольт-амперной характеристики открытого тиристора со-
измеримы с аналогичными параметрами диода. Падение напряжения на откры-
том тиристоре при прохождении прямого тока мало, и значение тока практиче-
ски определяется только параметрами внешней цепи.
Процесс отпирания тиристора происходит очень быстро. Время включения
tB зависит от характера нагрузки и параметров управляющих импульсов. При
увеличении тока управления время включения снижается.
Таблица 2-1
Группа Время выключения, мкс, не более Группа Время выключения, мкс, не более
по ГОСТ 20859-75 по ГОСТ 20859.1 -79 по ГОСТ 20859-75 по ГОСТ 20859.1 -79
0 Не нормируется 5 50 25
1 250 63 6 30 20
2 150 50 7 20 16
3 100 40 8 15 12,5
4 70 32 9 12 8,0
Время включения необходимо для расчета параллельного соединения тири-
сторов и выбора параметров импульсов управления.
Запирание тиристоров происходит при изменении полярности напряжения
между анодом и катодом. При работе в цепи переменного напряжения тиристор
запирается во время отрицательной полуволны напряжения. При работе в цепи
постоянного напряжения тиристор можно запереть только с помощью специаль-
ных устройств, кратковременно создающих на аноде отрицательное напряжение.
Время выключения тиристора, или время восстановления запирающих
свойств в прямом направлении t3, определяют как время от момента снижения
прямого тока до нуля до момента, когда вентиль способен выдержать приклады-
ваемое к нему прямое напряжение определенной амплитуды и скорости нара-
стания.
Согласно стандартам в зависимости от времени выключения при максималь-
но допустимой температуре структуры тиристоры делятся на группы, указанные
в табл. 2-1.
Время выключения играет важную роль при проектировании инверторных
преобразователей.
Нагрев вентилей. Технологические и аварийные перегрузки. Надежная и
стабильная работа вентилей в течение заданного срока службы во многом опре-
деляется температурой нагрева монокристаллической структуры.
Нормирование температуры нагрева производится для трех основных режи-
мов работы вентильного преобразователя (сварочного выпрямителя).
Допустимая рабочая температура 0Р связана с номинальным длительным ре-
жимом работы сварочного выпрямителя.
Температура 0ТРХ„ связана с кратковременными технологическими перегруз-
ками сварочных выпрямителей (зажигание дуги и др.). Вентили при этой темпе-
ратуре должны работать не более 5—10% своего ресурса.
13
Температура 0ав связана с аварийными режимами работы сварочных выпря-
мителей. Предполагается, что такие режимы возникают лишь ограниченное число
раз за срок работы сварочного выпрямителя.
Температуры нагрева структуры устанавливаются экспериментально в про-
цессе разработки вентилей. Для диодов серии В они составляют: 0Р = 140 °C,
0тех„ = 160 °C, 0aD = 190 °C; для тиристоров серии Т 0Р = 125 °C. 0Тех» =
= 140 °C, 0as = 175 °C.
Нагрев вентиля зависит от мощности, рассеиваемой в вентиле, и его тепло-
вого сопротивления:
0 = ДР/" т + 0QKp,
где ДР — полная мощность, рассеиваемая в вентиле (потери в вентиле); гт —
тепловое сопротивление вентиля с охладителем, определяемое как отношение
Рис. 2-6. Переходные тепловые характеристики тиристора Т2-320
/ — при v=0, гт. у=0,47; 2—при i>=6 м/с. гт у=0,15; 3— при а = 12 м/с, гт у = 0,13
превышения температуры структуры над температурой окружающей среды 0окр
к мощности, рассеиваемой в вентиле.
Мощность, рассеиваемая в вентиле, может быть выражена следующим соот-
ношением:
ДР = k (ио^в.ср + 7?дА2ф/2н.Ср),
где /». ср — средний ток вентиля; /гф — коэффициент формы тока вентиля; Рд и
ио — параметры прямой ветви вольт-амперной характеристики вентиля; k =
= 1,05-г 1,1 — коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь в вен-
тиле (коммутационные, от обратных токов и токов утечки, в цепи управления
тиристоров и др.).
Различают установившиеся и переходные тепловые характеристики вентилей.
На рис. 2-6 приведены тепловые характеристики таблеточного тиристора Т2-320,
необходимые для расчета нагрева структуры в стационарных и переходных ре-
жимах. Переходные тепловые характеристики приведены для трех значений ско-
рости охлаждающего воздуха v и установившегося теплового сопротивления
Гт. у.
14
Рис, 2-7. Перегрузочная характеристика ти-
ристора Т2-320 в зоне аварийных токов
Рис. 2-8. Диаграмма управления для тири-
стора Т2-320
имеют значительный раз-
диаграмме управления
минимальные граничные
тока и напряжения уп-
при которых происхо-
Если в рабочем режиме и режиме технологической перегрузки потери в вен-
тиле и нагрев структуры связывают со средним значением тока вентиля, то в
аварийных режимах, когда длительность действия тока мала, нагрев структуры
определяется мгновенными зпаче-
ниями аварийного тока. На рис. 2-7
приведена перегрузочная харак-
теристика таблеточного тиристора
Т2-320 в зоне аварийных токов
при предварительном нагреве
структуры вентиля до допустимой
температуры 0дип = 125 °C.
Диаграмма управления тири-
стора. Одной из важнейших ха-
рактеристик тиристора является
диаграмма управления, позволяю-
щая правильно проектировать си-
стему управления тиристорами.
Диаграмма управления для
таблеточного тиристора Т2-320
представлена на рис. 2-8. Кривые
1 и 6 на рисунке являются гра-
ничными вольт-амперными харак-
теристиками цепи управления ти-
ристора данного типа. Кривая 1
для тиристоров, имеющих наибольшее сопротивление цепи управления, сни-
мается при максимальной температуре структуры; кривая 6 для тиристоров с наи-
меньшим сопротивлением снимается при наименьшей температуре.
Диаграмма управления ограничена характеристиками максимально допусти-
мых значений напряжения иу тах. тока iy max и мощности ДРУ, выделяемой в
структуре при прохождении тока управления. Величина &РУ зависит от относи-
тельной длительности импульса
управления (от скважности им-
пульсов) ; кривая 2 соответствует
скважности 16,6. При большей
скважности кривая допустимой
мощности пройдет выше, а при
меньшей скважности — ниже кри-
вой 2.
Ток и напряжение управле-
ния, необходимые для отпирания
вентилей,
брос. На
показаны
значения
равления,
дит гарантированное переключение
тиристоров при данной темпера-
туре; граничные значения напря-
жения и тока уменьшаются с уве-
личением температуры. Граничное
напряжение (линия, параллельная
оси абсцисс) и граничный ток (ли-
ния, параллельная оси ординат)
при температуре 25 °C соответственно являются отпирающими напряжением и
током управления, регламентируемыми техническими условиями на прибор. На
диаграмме указаны также минимальные напряжения управления, при которых
тиристоры могут открываться при заданной температуре.
Для надежного отпирания тиристоров в рабочем диапазоне температур си-
стема управления должна обеспечить токи и напряжения, превышающие гранич-
ные значения. Поэтому внешняя характеристика системы управления не должна
15
проходить через ограниченные области, а может лишь касаться их (для темпера-
туры —50 °C кривая 4 или 5). Однако значения напряжения и тока не должны
превышать предельно допустимых Uy max и iy max и должны быть ограничены кри-
вой допустимой мощности при выбранной скважности. Поэтому внешняя харак-
теристика системы управления (кривая 3) не должна пересекать кривую допу-
стимой мощности, а может лишь касаться ее.
Важными проектными параметрами тиристоров являются допустимые скоро-
сти нарастания прямого напряжения duldt и прямого тока di[dt.
Таблица 2-2
я с а а du'di, В/мкс, не более Группа duldt, В/мкс, не более
по ГОСТ 20859-75 и ГОСТ 20859.1 -79 по ГОСТ 20859-75 по ГОСТ 20859.1-79
0 Не нормируется 5 500 320
1 20 6 1000 500
2 50 7 — 1000
3 100 8 — 1600
4 200 9 — 2500
Необходимость учета duldt связана с тем, что с ростом скорости нарастания
напряжения резко уменьшается напряжение переключения тиристора и возни-
кают ложные срабатывания тиристоров. Критическая скорость нарастания напря-
жения, которая еще не вызывает ложных срабатываний, регламентируется стан-
дартами на тиристоры.
В зависимости от критической скорости нарастания прямого напряжения ти-
ристоры подразделяются на группы, указанные в табл. 2-2.
Необходимость учета di/dt при проектировании тиристорных преобразовате-
лей объясняется тем, что процесс отпирания структуры развивается вначале лишь
Таблица 2-3
Группа dildt, А/мкс, не более Группа di(dt, А/мкс, не более
0 Не нормируется 5 200
1 20 6 400
2 40 7 600
3 70 8 800
4 100 9 1000
в окрестности управляющего электрода. При большой скорости нарастания пря-
мого тока в этой зоне происходит быстрый локальный разогрев и пробой струк-
туры. Критическая предельная скорость нарастания прямого тока, которая не вы-
зывает необратимых процессов в структуре и связанное с ними ухудшение элек-
трических параметров, нормируется стандартами на тиристоры.
В зависимости от критической скорости нарастания тока при максимально
допустимой температуре структуры тиристоры, выпускаемые по ГОСТ 20859—75,
делятся на группы, указанные в табл. 2-3.
Допустимая скорость нарастания тока связана с временем включения тири-
сторов. Поэтому ГОСТ 20859.1—79 регламентирует не скорость нарастания тока,
а время включения тиристора. Согласно стандарту по времени включения тири-
сторы подразделяются на 10 групп в диапазоне 0,4—4,0 мкс. Сведения по допу-
стимой скорости нарастания тока приводятся в информационных материалах на
тиристоры.
Структура условного обозначения приборов (вентилей). Условное обозначе-
ние прибора содержит обозначение типа прибора, его класс, климатическое ис-
полнение, категорию размещения и обозначение стандарта. Дополнительно мо-
гут быть также оговорены пределы по импульсному прямому падению напря-
жения (импульсному напряжению в открытом состоянии), для диодов — группа
по времени обратного восстановления, для тиристоров — группа по критической
скорости нарастания напряжения, группа по времени выключения, группа по кри-
тической скорости нарастания тока или по времени включения.
Обозначение типа прибора состоит из букв и цифр, означающих вид и под-
вид прибора, его модификацию, значение тока в амперах, и при необходимости
содержит букву, обозначающую обратную полярность прибора. Для обозначения
вида прибора используются буквы В (диод по ГОСТ 20859—75), Д (диод по
ГОСТ 20859.1—79), Т (тиристор). Для диодов и тиристоров, имеющих лавин-
ные вольт-амперные характеристики, в обозначение вида дополнительно входит
буква Л. К буквенному обозначению вида прибора могут добавляться буквы Ч
(быстроныключающпйся, или высокочастотный), В (быстродействующий), II (бы-
стровключающпйся, или импульсный), характеризующие подвид прибора в зави-
симости от его коммутационных параметров.
Цифры, входящие в обозначение типа прибора, означают порядковый номер
модификации (конструктивного исполнения) прибора, а для приборов унифици-
рованной серии также цифровой код значения базового размера и номер кон-
структивного исполнения корпуса.
Диод унифицированной серии, штыревого исполнения с гибким выводом,
первого конструктивного исполнения, с размером шестигранника под ключ 41 мм,
па средний ток 200 А, обратной полярности (индекс X), па повторяющееся напря-
жение 600 В, с разбросом по прямому падению напряжения 1,60—1,70 В, клима-
тического исполнения У, категории размещения 2 обозначается следующим об-
разом:
Диод Д171-200Х-6-1,60-1,70 У2 ГОСТ 20859.1—79.
Аналогичный прибор второго конструктивного исполнения неунифицирован-
ной серии:
Диод В2-200Х-6-1,60-1,70 У2 ГОСТ 20859—75.
Тиристор унифицированной серии, быстродействующий, таблеточный, первого
конструктивного исполнения, с диаметром корпуса 58 мм, па ток 320 А, повто-
ряющееся напряжение 800 В, с критической скоростью нарастания напряжения
по пятой группе, со временем выключения по четвертой группе, временем вклю-
чения по третьей группе, климатического исполнения У2 обозначается следую-
щим образом:
Тиристор быстродействующий ТБ 143-320-8-543 У2 ГОСТ 20859.1—79.
Для этого прибора согласно каталогу критическая скорость нарастания тока
800 А/мкс.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
Схемы выпрямления
3-1. ТРЕХФАЗНАЯ МОСТОВАЯ СХЕМА
Одной из основных задач, возникающих при проектировании свароч-
ных выпрямителей, является выбор рациональной схемы выпрямления. При ре-
шении этой задачи нринимаююя во внимание следующие основные факторы: тип
2 МИ Jahu
17
и параметры применяемых вентилей, требования к расчетной .мощности и кон-
струкции трансформатора, к форме внешних характеристик.
'Подавляющее большинство сварочных выпрямителей в СССР и за рубежом
выпускается с питанием от трехфазной сети переменного тока. Преимуществами
таких выпрямителей по сравнению с выпрямителями, подключаемыми к одно-
фазной сети, являются сглаженная форма кривых напряжения и тока, равномер-
ная загрузка сети, более рациональное использование вентилей.
id
Ранее в сварочных выпрямителях с низковольтными селеновыми вентилями
использовалась практически только трехфазная мостовая схема выпрямления.
Однако широкое внедрение
кремниевых вентилей с вы-
сокими обратными
жепиями делает
напря-
рацио-
нальиым применение не
мостовых, а шестпплечих пу-
левых схем выпрямления,
обеспечивающих лучшее ис-
пользование вентилей по то-
ку. По вопросам теории вы-
прямления имеется обшир-
i2a
42
Рис. 3-1. Трехфазная мостовая схема па неуправ-
ляемых вентилях и линейные диаграммы напря-
жений и токов
ная литература, в частно-
сти работы [9, 23].
В настоящей главе рас-
сматриваются только схемы,
нашедшие широкое приме-
нение в сварке: трехфазная
мостовая схема, шестифаз-
ная схема с уравнительным
дросселем и шестифазная
кольцевая схема [3]. Все
схемы рассмотрены в пред-
положении, что вентили
идеальны, т. с. их сопротив-
ления в прямом направле-
нии равны нулю, а в об-
ратном — бесконечности; на-
магничивающая мощность
и активные сопротивления
обмоток трансформатора
равны нулю; индуктивность
рассеяния также равна ну-
лю, если это специально се
оговаривается.
Трехфазная мостовая
схема (рис. 3-1) состоит из
трехфазного двухобмоточ-
пого трансформатора и ше-
сти вентилей. Вентили VI,
V3, V5, имеющие общие
катоды, образуют катодную
группу; вентили V2, V4,
V6 — анодную группу.
Рассмотрим работу схемы с неуправляемыми вентилями. На рис] 3-1 пред-
ставлены кривые фазных напряжений //„, щ., ис вторичных обмоток трансформа-
тора (ось /), выпрямленного напряжения и1( (ось 2), анодных токов б -- i6 (оси
3, 5) и фазного тока i2„ вторичных обмоток трансформатора (осп 4, 6)
Кривые на осях 3, 4 соответствуют активному характеру нагрузки (х,; — 0),
кривые па осях 5, 6—индуктивной нагрузке (x,i — оо).
В любой момент времени из катодной группы пропускает ток вентиль, к
аноду которого приложено большее положительное напряжение. Так, например
в промежутке ОО2 (рис. 3-1) из катодной группы пропускает ток вентиль VI.
18
Так как аноды вентилей анодной группы имеют одинаковый потенциал, в любой
момент времени пропускает ток вентиль, к катоду которого приложено большее
отрицательное напряжение. Так, например, в промежутке 0[03 из анодной груп-
пы пропускает ток вентиль V2. В любой момент времени открыты два вентиля —
один из катодной, другой из анодной группы. Продолжительность прохождения
тока через каждый вентиль 120°.
В промежутке ОО\ к нагрузке подводится положительное напряжение иа и
отрицательное напряжение иь через открытые вентили \'1 и V6. Поэтому выпрям-
ленное напряжение
Ид = На — ff&.
В промежутке OiO2
ud = “с.
Аналогичную картину имеем для других промежутков времени. Очевидно,
что амплитуда выпрямленного напряжения
Udm — ^2,
где Ег — действующее фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.
Число пульсаций выпрямленного напряжения за период т = 6, поэтому
кривая выпрямленного напряжения содержит, кроме постоянной составляющей
Uu, высшие гармоники, кратные шести:
u(i = U d 4~ zL tidk’ k ~ 6, 12, 18, ....
Если ось ординат совпадает с амплитудой кривой выпрямленного напряже-
ния, для иа можно записать
ud — Udm cos О' = V6 E2 cost!.
Постоянная составляющая выпрямленного напряжения
л/6
Ud — ~ Udm cosftdft = — д/б Е2 = 2,34£2.
-л/6
Отсюда
£2 = -2--^г = 0,428^.
о -уб
Когда индуктивное сопротивление сглаживающего реактора ха = 0, кривая
выпрямленного тока по форме совпадает с кривой напряжения иа. В этом слу-
чае
id = 1d + 2 Idkt k = 6, 12, 18, ..
k
где
Id — ^dl^d< idk = udklRd-
Амплитуда анодного и выпрямленного тока
hm = ^ = 1,045/д.
Kd
Когда Xd = 00, выпрямленный ток не содержит высших гармоник, т. е.
Ф = /<у-
Среднее, действующее и амплитудное значения анодного тока равны соответ-
ственно (рис 3-1, ось 5):
2*
19
Связь между выпрямленным током и действующим фазным током вторичной
обмотки трансформатора (рис. 3-1, ось 6) выражается в виде
h = л/1Id'
Ток первичной обмотки трансформатора
/1 = /2/«,
где п— коэффициент трансформации.
Расчетные, или типовые, мощности обеих обмоток трансформатора в данной
схеме равны между собой и равны расчетной мощности питающего трансфор-
матора: __
St = S, = S2 = 3I2E2 = 3 д/| Id у = у Pd = \&Pd.
Как видно из последнего соотношения, расчетная мощность трансформатора
незначительно отличается от мощности приемника энергии. Это свидетельствует
о хорошем использовании трансформатора в этой схеме выпрямления.
Рис. 3-2. Линейные диаграммы напряжений и токов для
трехфазиой мостовой схемы на управляемых вентилях
Рассмотрим работу схемы при использовании управляемых вентилей ц по-
лагая, что нагрузка чисто индуктивная (ха — оо)
На рис. 3-2 представлены кривые фазных напряжений (ось /) и тока (ось
3), выпрямленного напряжения (ось 2) и напряжения на вентиле VI (ось 4}
при двух углах регулирования СХ| — 30° и а2 " 60°.
В точке О потенциал анода вентиля VI становится больше пок-иннала ка-
тода, однако в промежутке ОО| вентиль VI остается закрытым. В момент вре-
мени, соответствующий точке О,, на управляющий электрод вентиля 17 подается
отпирающий инну.н,с и вентиль открывается
Оншранне каждою вешили нроисю.шт о.ши pa 1 в Порно I. Монеты ины-
рания вентилей сдвинуты относительно друг друга на 00°. Фазы между момеп-
20
тами отпирания должны быть фиксированы и в процессе нормальной эксплуата-
ции нс должны изменяться. Напротив, фаза всей системы моментов отпирания
относительно фазных напряжений трансформатора может меняться вручную или
автоматически. В этом и заключается процесс регулирования выпрямителя.
Задержка отпирания очередного вентиля относительно точки пересечения
фазных напряжений на угол а влияет на форму кривой выпрямленного напря-
жения.
В промежутке OOt ток нагрузки продолжает протекать по фазе с меньшим
мгновенным фазным напряжением. Чем больше угол а, тем позже происходит
переход тока нагрузки на фазу с более высоким напряжением. При этом умень-
шается среднее значение выпрямленного напряжения Ua- Выпрямитель считается
полностью запертым, когда среднее значение выпрямленного напряжения равно
пулю.
Обозначив среднее значение выпрямленного напряжения при отсутствии ре-
гулирования (а — 0) через Um, получим для выпрямленного напряжения при
регулировании выражение
Uda = Udijtos а = у д/б Ег cos а.
В этой схеме выпрямления при индуктивной нагрузке напряжение Ua равно
пулю при а = 90°. Для токов вентиля и фазных токов трансформатора справед-
ливы те же соотношения, что и для схемы с неуправляемыми вентилями.
Существенным параметром схемы выпрямления является обратное напряже-
ние па вентилях, под которым понимается напряжение анода вентиля относи-
тельно его катода в ту часть периода, когда вентиль заперт.
Рассмотрим в качестве примера, как образуется обратное напряжение на вен-
тиле 17 в управляемом выпрямителе.
На рис. 3-2 (ось /) сплошной линией показана кривая потенциала (относи-
тельно пулевой точки трансформатора) положительного полюса схемы выпрям-
ления. К этому полюсу присоединен катод вентиля VI (рис. 3-1). Лпод вентиля
VI соединен с концом обмотки фазы Д, и, следовательно, потенциал анода всегда
равен потенциалу фазы А. Кривая на оси 4 (рис. 3-2) построена как разность
потенциалов положительного полюса и фазы .4. Во время работы вентиля на-
пряжение на нем при принятых допущениях отсутствует. В промежутке ОО| на-
пряжение на вентиле положительное, в остальное время — отрицательное.
Наибольшее значение обратного напряжения на вентиле при неуправляемой
ц управляемой схеме равно амплитудному значению линейного напряжения
трансформатора:
UBm = Vе Ег - 1,045 Ua.
3-2. ШЕСТИФАЗНАЯ СХЕМА
С УРАВНИТЕЛЬНЫМ ДРОССЕЛЕМ
Схема (рис. 3-3) состоит из трехфазного трансформатора, уравни-
тельного дросселя L и шести вентилей. Трансформатор имеет две группы вто-
ричных обмоток (а', с' и а", Ь", с"), каждая из которых соединена в звезду;
причем в первой группе нулевая точка звезды образована концами обмоток, а
во второй группе — началами обмоток. В результате имеем два трехфазных вы-
прямителя с пулевой точкой, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 180°.
Фазные напряжения этих выпрямителей изображены сплошными (иа, иь, ис^ и
штриховыми иь, линиями на рис. 3-3 (ось /). В каждой группе пропу-
скать ток может вентиль, у которого в данный момент наибольшее анодное на-
пряжение, например вентиль VI в промежутке ОО[.
Уравнительный дроссель выполнен на замкнутом стальном магнитопро-
воде и имеет две обмотки, включенные между нулевыми точками обеих трех-
фазных зигчд. Наличие такого дросселя приводит к выравниванию мгновенных
напряжений трехфазных групп и позволяет осуществить параллельную работу
последних. Таким образом, "выпрямленный ток проходит параллельно через две
21
фазы вторичных обмоток трансформатора, расположенные на разных стержнях
трансформатора, и через соответствующие им вентили.
В любой промежуток времени работают два вентиля — по одному из каж-
дой группы. Очередность работы вентилей показана на рис. 3-3 (ось 2).
Для обеспечения параллельной работы двух групп схемы, т. е. работы схемы
в режиме двойного трехфазного выпрямления, необходимо, чтобы ток нагрузки
выпрямителя был боль-
ше некоторого критиче-
ского значения % кр, зави-
сящего от амплитуды на-
магничивающего тока
уравнительного дросселя.
Параметры дросселя рас-
считывают таким обра-
зом, чтобы ток Id кр не
превышал 1—2% номи-
нального тока выпрями-
теля. При токах, мень-
ших Л/кр, выпрямитель
работает в режиме про-
стого шестифазного вы-
fl
Рис. 3-3. Шестифазная схема с уравнительным
дросселем и линейные диаграммы напряжений и
токов
прямления с повышенным
значением выпрямленно-
го напряжения.
Намагничивающий
ток уравнительного дрос-
селя 1ц (рис. 3-3, ось 5)
накладывается на токи
вентилей (ось 2) и
токи вторичных обмо-
ток трансформатора
(ось 3).
На рис. 3-3 (ось 5)
наряду с кривой намаг-
ничивающего тока (ц по-
строена кривая напряже-
ния на уравнительном
дросселе «г, представ-
ляющего собой разность
мгновенных фазных на-
пряжений в процессе их
чередования. Форма .кри-
вой напряжения uL близ-
ка к треугольной, мак-
симальное значение рав-
но половине амплитуды
фазного напряжения и
меняется с трехкратной
частотой по отношению
к частоте сети.
Выпрямленное напряжение в схеме равно полусумме напряжений работаю-
щих фаз. В промежутке О'Оц когда проводят вентили VI и V2, напряжение
„ “а + “с
--------5------ иа ----2---“ «а —
Кривая выпрямленного напряжения иа, показанная жирной линией иа
рис. 3-3 (ось /), имеет шесть пульсаций за период.
Амплитуда выпрямленного напряжения
Udm=
22
Постоянная составляющая выпрямленного напряжения
Ei={'X7Ei-
Отсюда
Е2 = 0,855 Ud.
Полагая хп — °о, получим для среднего, действующего и амплитудного зна-
чений анодного тока (рис. 3-3, ось ,?) выражения:
^в.ср g- Iv — g Id = 0,289 ld; Iam=~ld-
Фазный ток вторичной обмотки трансформатора
/2 = —7= = /d-
2д/з
Ток первичной обмотки трансформатора (рис. 3-3. ось 4)
1 11
Л = п
Максимальное значение обратного напряжения на вентиле равно амплитуд-
ному значению линейного напряжения, так как любой непроводящий вентиль
подсоединен через проводящий вентиль к выходным зажимам вторичных обмо-
ток трансформатора:
ийт = Уб Е2 = 2,09 Ud.
Расчетная мощность первичных обмоток трансформатора
Si = 3/jt/i =3 Idn ~ -у Ud = \fi5Pd’
Расчетная мощность вторичных обмоток
S2 = 6I2E2 “ 1,48 Pd,
Расчетная мощность трансформатора
ST = S| I = 1,26 Pd,
т. е. иа 26% выше мощности приемника энергии.
Необходимым элементом данной схемы является уравнительный дроссель.
Обмотка дросселя рассчитывается на ток
У ~ Т I(h
Для определения типовой мощности уравнительного дросселя необходимо
знать среднее значение напряжения на его зажимах:
/ аР. 5я/6 \
6 / с С I
ULcp ~ ~д/2 1% I \ sin ft dft — \ sin ft <7 О I =
'л/3 2Л/3 '
= ~~2“) £2 = 0,363£2 = о,3 !£/<,.
Эквивалентное синусоидальное напряжение UL, приведенное к частоте сети,
составляет
U, = —^^=0,115 67%
L
23
где k,,. — 1,11 — коэффициент формы; k4 — 3 — коэффициент пересчета частоты,
на которой работает уравнительны"! реактор, на частоту сети.
Расчетная .мощность уравнительного дросселя
SL = UL • i = 011 I5C7j • 4 = °’0572 Р'<-
С учетом намагничивающей мощности расчетную мощность уравнительного
дросселя в схеме с неуправляемыми вентилями обычно принимают равной
SL ж 0,07 Ра.
При работе схемы на управляемых вентилях в зависимости от угла регули-
рования а напряжение на дросселе изменяет свое значение и форму. Завнси-
Рис. 3-4. Зависимость среднего
значения напряжения на уравни-
тельном дросселе от угла регули-
рования
мость среднего значения напряжения на
уравнительном дросселе UL с? в относитель-
ных единицах от угла регулирования при-
ведена на рис. 3-4 [9]. За базовую вели-
чину принято напряжение па дросселе при
отсутствии регулирования.
При глубоком регулировании напряже-
ние на дросселе увеличивается более чем
в три раза. Ввиду того что форма кривой
тока обмоток дросселя при регулировании
не меняется (при принятых допущениях),
кривая на рис. 3-4 является также кри-
вой зависимости относительной типовой
мощности уравнительного дросселя от угла
регулирования.
При глубоком регулировании типовая
мощность дросселя
SLa « 0,21 Ра,
т. е. составляет уже 21% мощности приемника энергии. Суммарная мощность
оборудования (трансформатор и дроссель) превышает мощность приемника энер-
гии на 47%.
3-3. ШЕСТИФАЗНАЯ КОЛЬЦЕВАЯ СХЕМА
Схема (рис. 3-5) состоит из трехфазного трансформатора и шести
вентилей. Трансформатор имеет две группы вторичных обмоток (а', Ь', с' и а",
Ь", с"), каждая из которых соединена в звезду; пулевые точки каждой звезды
образованы концами обмоток. Блок вентилей замкнут в «кольцо», как показано
на рис. 3-5. причем к точкам соединения анодов вентилей подсоединены начала
обмоток одной группы, а к катодам — начала обмоток другой группы. Выпрям-
ленное напряжение снимается с нулевых точек двух групп вторичных обмоток.
На рис. 3-5 представлены кривые фазных напряжений иа, Ut>, ис (ось /),
выпрямленного напряжения иа (ось 2), анодных токов <i — <6 (ось 3), фазного
тока вторичных (z2a') и первичных (/|а) обмоток трансформатора (оси 4, 5).
В любой момент времени в схеме проводит вентиль, имеющий высший потен-
циал анода и низший потенциал катода. Например, в промежутке 00, проводит
вентиль VI, соединяющий обмотки а' и Ь". Продолжительность прохождения
тока через каждый вентиль 60°, а по вторичной обмотке трансформатора 120°.
В промежутке ОО( к нагрузке подводится выпрямленное напряжение
— “а — и-;,
т. е. выпрямленное напряжение равно линейному напряжению работающих об-
моток. Очевидно, что амплитуда выпрямленного напряжения
U dm = у/6Е2.
24
Рис. 3-5. Шестифазная кольцевая схема и линейные
диаграммы напряжений и токов
Постоянная составляющая выпрямленного напряжения
Ud = - 7б Е2 = 2,34 Е2.
л
Отсюда
Ег = 0,428 Ud.
Полагая Xj = оо, получим для среднего, действующего и амплитудного зна-
чений анодного тока (рис. 3-5, ось 3) выражения:
^в. ср = ~' 1<1', lu = = 0,41 !d\ /Bm = /d,
Фазный ток вторичной обмотки трансформатора (рис. 3-5, ось 4)
25
Ток первичной обмотки трансформатора (рис. 3-5, ось 5)
/.= у V2 /2 = 7 д/ уЛл
Максимальное значение обратного напряжения на вентиле
UBm = 2д/б Е2 = 2fi9Ud.
Так как токи во вторичных обмотках разных групп проходят во встречном
направлении, вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора
отсутствует.
Расчетная мощность первичных обмоток трансформатора
51 = 3/] £71 = 3 — — I dn "з* U d = 1,05/7.
Расчетная мощность вторичных обмоток
S2 = 6/2£2 = 1,475 Pd.
Расчетная мощность трансформатора
St = = 1.26 Pd,
т. е. на 26% выше мощности приемника энергии.
3-4. СРАВНЕНИЕ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ
Основные расчетные соотношения в относительных единицах для
рассмотренных схем выпрямления приведены в табл. 3-1. За базовые величины
Таблица 3-1
Основной расчетный параметр Схема выпрямления
мостовая с уравни- тельным дросселем кольцевая
Среднее значение анодного тока вентиля
/в.ср/7 Действующий анодный ток lB/!d Амплитудное значение анодного тока 1вт/1d . Коэффициент формы анодного тока /в//в.ср • . Действующий ток вторичных обмоток транс- форматора h!Id Действующее вторичное напряжение транс- форматора E2IUd Амплитудное значение обратного напряжения 0,333 0,578 1,0 1, 0,815 0,428 о,1 0,289 0,5 73 0,289 0,855 67 0,41 1,0 2,46 0,578 0,428
на вентилях UBmJU d Расчетная мощность первичных обмоток транс- форматора Si/Pd Расчетная мощность вторичных обмоток транс- 1,045 2,09 1,05
форматора S2/Pd 1,05 1,48
Расчетная мощность трансформатора ST/Pd . Расчетная мощность трансформатора и урав- нительного дросселя (ST + SD/Pf. при неуправляемой схеме при глубоком регулировании Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения 7//' 1,05 1,26 1,33 I — 1,47 1 — 6
26
приняты: выпрямлеппып ток 1а, выпрямленное напряжение Ua, мощность прием-
ника энергии Pti, частота сети
Сравнение приведенных схем показывает:
1. Расчетная мощность трансформатора (трансформаторного оборудования)
наименьшая у трехфазной мостовой схемы и наибольшая у схемы с уравнитель-
ным дросселем, В последней схеме мощность трансформаторного оборудования
растет при. фазовом регулировании. В мостовой схеме наиболее простое и деше-
вое конструктивное решение трансформаторного оборудования: нет уравнитель-
ного дросселя, трансформатор с тремя вторичными обмотками.
2. Использование вентилей наихудшее в трехфазной мостовой схеме и наи-
лучшее в схеме с уравнительным дросселем. Двойные падения напряжения в вен-
тилях при прохождении прямого анодного тока в трехфазной мостовой схеме
приводят к повышенным потерям в блоке и к снижению КПД выпрямителя в це-
лом.
3. Кольцевая схема занимает промежуточное положение как по расчетной
мощности оборудования, так и по использованию вентилей.
4. Во всех приведенных схемах выпрямления отсутствует вынужденное под-
магничивание магнитопровода силового трансформатора.
3-5. ПРОЦЕСС КОММУТАЦИИ ТОКА.
ОБОБЩЕННЫЕ ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Ранее работа схем выпрямления рассматривалась в предположении,
что выпрямитель идеален, т. е. коммутация тока происходит мгновенно. Внеш-
ние характеристики такого выпрямителя горизонтальны: выпрямленное напря-
жение не зависит от тока. При регулировании выпрямленное напряжение изме-
няется в зависимости от угла регулирования без изменения формы внешних ха-
рактеристик.
Большинство из принятых допущений не оказывает качественного влияния
на процесс работы реального выпрямителя. Однако это не относится к приведен-
ной индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, в ряде случаев с учетом
индуктивности питающей сети.
Вследствие наличия индуктивности рассеяния обмоток трансформатора мгно-
венная коммутация токов в реальных выпрямителях невозможна. Время, в тече-
ние которого происходит переход тока с одного вентиля на другой, обычно из-
меряется в угловых единицах и называется углом коммутации или углом пере-
крытия работы вентилей у
Наличие процесса коммутации вносит существенные изменения в работу
реалыюй схемы выпрямления: изменяются формы токов и напряжений на эле-
ментах схемы, значения высших гармоник в кривой выпрямленного напряжения
и потребляемого из сети тока, форма внешних характеристик. Отметим, что для
многофазных схем выпрямления указанные параметры и характеристики мало
зависят от значения сглаживающей индуктивности нагрузки ха. Поэтому все
дальнейшие рассуждения приводятся в предположении, что Ха = оо.
Не останавливаясь на анализе процесса коммутации токов, приведенном в
обширной литературе [9, 23], перейдем к рассмотрению внешних характеристик
выпрямителей, полученных с учетом процесса коммутации.
На рпс. 3-6 представлены обобщенные внешние характеристики трехфазного
мостового выпрямителя, построенные в относительных единицах. За базовые ве-
личины при построении приняты амплитуда тока короткого замыкания фазы вы-
прямителя и среднее выпрямленное напряжение при холостом ходе:
/ _ V2 .
1О--------->
Хф
Ua = t/rfo = <6 в2,
где Лф — приведенное ко вторичной цепи индуктивное сопротивление фазы транс-
форматора с учетом индуктивности регулирующих реакторов, а в ряде случаев
и питающей сети.
27
Ток и напряжение в относительных единицах:
id = I <1! 1 ~ Ud/Uа-
Каждому углу регулирования а соответствует своя внешняя характеристика.
Верхняя характеристика соответствует работе выпрямителя при отсутствии
регулирования (а = 0) или выпрямителя на неуправляемых вентилях. Харак-
теристика имеет три сопрягающихся между собой участка: первый участок от
холостого хода (/в = 0) до точки М, второй участок —от точки Л/ до М и тре-
тий участок—от точки N до короткого замыкания (Trf = 0). Первый участок
соответствует работе выпрямителя в так называемой зоне нормальных нагрузок.
Рис. 3-6. Обобщенные внешние характеристики трех-
фазного мостового выпрямителя
Угол коммутации у в этой зоне однозначно связан с током нагрузки /<?. В пе-
риоде выпрямленного напряжения (60°) можно различать два интервала: вне-
коммутациопный и коммутационный. Во внекоммутационном интервале (60° —
— у) работают два вентиля — по одному из .анодной и катодной групп; в комму-
тационном интервале (у) работают три вентиля — один из некоммутируюшей и
два из коммутирующей группы. В этой зоне внешняя характеристика линейна.
Предельные относительные значения выпрямленных тока и напряжения для этой
зоны (точка М): ja = 0,433; Та = 0,75.
Когда угол у, увеличиваясь с током, достигает 60° (точка Л1), длительность
первого интервала становится равной нулю. Как только закрывается один вен-
тиль, в тот же момент открывается очередной вентиль. У выпрямителя чере-
дуются интервалы работы трех вентилей.
При дальнейшем увеличении тока нагрузки угол коммутации продолжает
оставаться неизменным и равным 60°, однако начинает меняться угол регули-
рования а'. Это объясняется тем, что к моменту отпирания очередного вентиля
потенциал его анода оказывается отрицательным н вентиль не может открыться
до тех пор, пока не закроется предыдущий вентиль п потенциал анода очеред-
ного вентиля не станет положительным. Так, угол регулирования а' становится
больше заданного системой управления (а = 0) нс увеличением нагрузки про-
должает возрастать. В этой зоне внешняя характеристика описывается уравне-
нием эллипса. Зона носит название зоны трсхвептильпого режима. Предельные
относительные значения выпрямленных тока и напряжения для этой зоны (точ-
ка N): ja = 0,75; Та = 0,433.
Как только угол а' + у достигнет в точке У значения 90°, начинается ре-
жим поочередной работы трех и четырех вентилей. Угол регулирования в этом
режиме неизменен и равен а = 30°, длительность коммутации больше 60°.
В интервале, когда открыты четыре вентиля, мгновенное выпрямленное на-
пряжение равно пулю. Уравнение внешней характеристики в этой зоне вновь
представляет собой прямую линию.
28
В зависимости от угла регулирования отдельные зоны работы выпрямителя
смещаются или вообще исключаются. Так, для а = 15е первый линейный уча-
сток характерце гики продолжается до точки т, далее следуют эллиптический
и второй линейный участки, как при а = 0.
При а = 30° характеристика состоит из двух линейных участков, которые
сопрягаются в точке N. При а = 45° характеристика состоит из двух линейных
участков, сопрягающих-
ся в точке п. При углах
а > 60° характерце гики
состоят только из одного
линейного участка, соот-
ветствующего первой зо-
ве работы выпрямите-
ля.
Обобщенные внеш-
Рис. 3-7. Зависимость угла коммутации, относитель-
ных значений напряжения короткого замыкания и
суммарного падения выпрямленного напряжения от
относительного значения номинального тока
ние характеристики яв-
ляются при данной схеме
выпрямления едиными
независимо от типа и
назначения выпрямителя.
Однако параметры си-
ловой цепи выпрямителя могут быть рассчитаны таким образом, что он будет
работать в различных областях обобщенных внешних характеристик.
Основным показателем, характеризующим параметры силовой цени выпря-
мителя и определяющим область его работы на внешних характеристиках, яв-
ляется относительное значение напряжения короткого замыкания силовой цепи
выпрямителя ек.
На рис. 3-7 представлена зависимость, связывающая ел с относительным
значением номинального тока выпрямителя /д Тоц, построенная на основании ра-
венства, справедливого для трехфазпой мостовой схемы [9]:
3 1Q Л/НОМ -Гф / у 2/ДНОМ / у
я Л/ ~”2л = V3 Л/ ~ ~2n" ’
На том же рисунке показана зависимость относительного суммарного па-
дения выпрямленного напряжения Дтд от /дНо«. построенная с использованием
внешней характеристики выпрямителя при а = 0 (рис. 3-6), и зависимость угла у
от /дном, построенная па основании уравнения коммутации [9] для углов у sj
60°.
Иа рис. 3-7 видно, что если значение ек составляет, например, 0,1, то отно-
сительный поминальный ток выпрямителя /дном *0,1 и суммарное падение на-
пряжения при поминальном токе Дтд « 0,06, т. е. выпрямитель имеет пологопа-
дающие (жесткие) внешние характеристики. Короткое замыкание с током /д = 1
является недопустимым аварийным режимом работы выпрямителя.
Если параметры выпрямителя рассчитаны так, что равно, например, 0,63,
то относительный номинальный ток выпрямителя составляет ja „ом « 0,6, сум-
марное относительное падение напряжения при номинальном токе Дтд = 0,38,
выпрямитель имеет крутопадающие внешние характеристики. Установившееся
короткое замыкание е током ja — 1 является обычным технологическим режи-
мом зажигания душ.
Каждая схема выпрямления имеет присущее ей семейство обобщенных внеш-
них характеристик Однако с учетом ряда допущений (отсутствует рассеяние
между вторичными обмотками одной фазы в кольцевой схеме и схеме с уравни-
тельным дросселем, отсутствует выход на шестпфазнын нулевой режим при
малых токах в схеме с уравнительным дросселем) приведенное семейство
внешних характеристик (рис. 3-6) справедливо для всех трех рассмотренных ра-
нее схем.
Следует отметить, что характеристики, снятые при ха = 0. близко совпадают
с приведенными на рис. 3-6 Однако физические процессы в выпрямителе при
ха — 0 несколько отличаются от рассмотренных. В частности, в выпрямителях
отеутстнуст режим поочередной работы трех и четырех вентилей [13].
29
Как уже отмечалось, процесс коммутации влияет не только на внешние ха-
рактеристики, но и па формы кривых токов и напряжений и, следовательно, на
расчетные соотношения для токов и мощностей. Учет явления коммутации для
расчета выпрямителей с пологопадающими характеристиками практически неце-
лесообразен; при расчете можно пользоваться соотношениями, приведенными без
учета коммутации (табл. 3-1), принимая за исходные параметры выпрямленный
ток h, выпрямленное напряжение при холостом ходе Uao и мощность приемника
энергии Pd как произведение IaUw.
Однако для выпрямителей с крутопадающей внешней характеристикой про-
цесс коммутации оказывает ощутимое влияние на расчетные соотношения и тре-
бует учета при практических расчетах. Такие соотношения приведены в табл. 3-2
Таблица 3-2
Основной расчетный параметр Схема выпрямления
мостовая с уравни- тельным дросселем
Действующий ток вторичных обмоток трансформатора hl Id 0,74 0,26
Действующий ток первичных обмоток трансформатора пЦИа 0,74 0,37
Расчетная мощность вторичных обмоток трансформа- тора S2IPd 0,95 1,34
Расчетная мощность первичных обмоток трансформа- тора SJP'a 0, 95
Расчетная мощность трансформатора (без учета урав- нительного дросселя) ST/Pd .............. 0,95 1,14
для трехфазпой мостовой схемы и схемы с уравнительным дросселем при работе
выпрямителя на противо-ЭДС. За расчетный принят режим с т.-< НОМ 42 (на-
пример, напряжение холостого хода 71 В, номинальное рабочее напряжение
30 В).
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
Методы регулирсваниянапряжения и тока
в сварочных выпрямителях
на неуправляемых вентилях
4-1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Сварочные выпрямители снабжаются регулировочными
устройствами и рассчитываются для работы в определенном диа-
пазоне токов и напряжений. Требуемые пределы регулирования
обычно устанавливаются стандартами или техническими условия-
ми для каждого вида выпрямителя. Конструктивные исполнения
30
устройств для регулирования весьма разнообразны. Все они могут
быть подразделены на следующие основные группы:
устройства с подвижными сердечниками и обмотками;
устройства ступенчатого регулирования с применением комму-
тационной аппаратуры: переключателей, контакторов и т. д.;
устройства, связанные с подмагничиванием магнитопроводов
постоянным током.
4-2. УСТРОЙСТВА С ПОДВИЖНЫМИ СЕРДЕЧНИКАМИ
И ОБМОТКАМИ
К этой группе устройств относятся дроссели с воздушным
зазором в магнитопроводе, трансформаторы с подвижными обмот-
ками, трансформаторы с подвижными магнитными шунтами и
простейшие реактивные делители напряжения. Последние исполь-
зуются для регулирования напряжения в выпрямителях с полого-
падающими внешними характеристиками, остальные устройства
этой группы — для регулирования тока в выпрямителях с крутопа-
дающими внешними характеристиками. Основной признак этой
группы устройств — наличие подвижных частей — является и ос-
новным ее недостатком.
На подвижные части регулирующих устройств действуют элек-
тромагнитные силы, пульсирующие от нуля до максимума с двой-
ной частотой сети; значение этих сил пропорционально квадрату
тока и изменяется с изменением режима работы трансформатора.
Электромагнитные силы вызывают вибрацию подвижных ча-
стей регулирующих устройств. Амплитуды колебаний зависят от
массы подвижных частей, точности сборки устройств, жесткости
крепления, качества сборки и других факторов. Даже при хорошей
проработке конструкции устройств и качестве изготовления повы-
шенные вибрации являются основной причиной, ограничивающей
срок службы подобных устройств.
Другими недостатками этих устройств являются инерционность
регулирования и трудность осуществления дистанционного и прог-
раммного управления, так как регулирование здесь производится
вручную или при помощи сервоприводов.
Однако, несмотря на отмеченные недостатки, эти регуляторы
получили довольно широкое распространение в выпрямителях,
предназначенных для ручной сварки штучными электродами, из-
за малого расхода активных материалов, простоты и дешевизны
конструкций.
Дроссели с воздушным зазором в магнитопроводе. Дроссели
обычно устанавливаются во вторичных цепях силового трансфор-
матора. Трансформатор, работающий в сочетании с дросселями,
является обыкновенным понижающим трансформатором с нор-
мальным рассеянием.
Реактивное сопротивление дросселя выражается известной при-
ближенной формулой
Xr = aL т = ,, , , Г-,
Л Л/ст/Цст + 6
31
где ю — угловая частота, с-'; £л— индуктивность дросселя, Гн;
ш —число витков обмотки дросселя; Q — сечение стали магнито-
провода дросселя, м2; /С1 — средняя длина магнитно!': силовой ли-
нии в магнитопроводе, м; 6 —суммарный воздушный зазор, м; k —
коэффициент, учитывающий «выпучивание» магнитного поля возле
воздушного зазора; цст— относительная магнитная проницаемость
стали; ц0 — 0,4л • 10~6 Гн/м — магнитная постоянная.
Регулирование реактивного сопротивления дросселя принципи-
ально может осуществляться ступенчато—изменением числа вит-
Рис. 4-1. Дроссели с
воздушными зазорами
в магнитопроводах
Рис. 4-2. Трансформатор
с подвижными обмотка-
ми
ков обмотки дросселя (рис. 4-1, а) и плавно — изменением вели-
чины воздушного зазора в магнитопроводе (рис. 4-1, б).
Регулирование по первому способу, несмотря на сравнительно
более высокую надежность, практического применения не нашло.
Это связано с необходимостью иметь много отводов для плавного
регулирования и с плохим использованием активных материалов
дросселя при данном способе регулирования. В номинальном ре-
жиме работы дроссель рассчитан на неполные витки и уменьшение
тока осуществляется введением дополнительных витков, вызываю-
щих рост расчетной мощности дросселя. Отметим, что дроссель
всегда должен быть рассчитан па фазный ток и полное фазное
напряжение с учетом работы выпрямителя в режиме короткого за-
мыкания.
Регулирование по второму способу нашло достаточно широкое
распространение. Для расширения пределов регулирования тока
воздушный зазор располагается в той части магнитопровода, ко-
торая находится внутри катушки.
Наряду с раздельными исполнениями трансформатора и дрос-
селя используются комбинированные конструкции [17].
В трехфазных системах могут использоваться как три магнит-
но-несвязанных однофазных дросселя, так и трехфазный дроссель
на общем магнитопроводе. Последние системы более компактны
32
и экономичны, однако вследствие магнитной несимметрии, выз-
ванной разными условиями работы крайних и средних фаз, обу-
словливаю! некоторую псснмметрню загрузки обмоток и вентилей.
Кроме того, в кривой выпрямленного тока появляется вторая гар-
моника, приводящий к повышенной его пульсации. '
Дроссели с воздушным зазором, распространенные в однофаз-
ных сварочных трансформаторах, не получили широкого распрост-
ранения в отечественных и зарубежных сварочных выпрямителях
с трехфазным питанием. Б. Е. Патоном и В. К. Лебедевым разра-
ботана методика точного расчета дросселя с зазором [13], осно-
ванная на представлении сопротивления дросселя как суммы двух
реактивных сопротивлений: дросселя по зазору (без учета явле-
ния «выпучивания») и эквивалентного трансформатора.
Тансформаторы с подвижными обмотками. Трансформаторы
с развитым магнитным рассеянием и подвижными обмотками яв-
ляются одними из самых распространенных устройств для регули-
рования тока в выпрямителях для ручной сварки штучными элек-
тродами.
Па рис. 4-2 представлена одна из возможных конструкций транс-
форматора — однофазный трансформатор стержневого типа. Пер-
вичные обмотки IV-'/ трансформатора выполнены неподвижными,
вторичные W2 передвигаются относительно первичных обмоток
при помощи винтового механизма, вращаемого вручную либо сер-
воприводом.
Вследствие увеличенной магнитной проводимости между стер-
жнями магнитопровода трансформатора и большого расстояния
между первичными и вторичными обмотками поток рассеяния
трансформатора ФР = Ф1 —Ф2 при нагрузке замыкается в основ-
ном в канале между обмотками. При раздвижении обмоток поток
рассеяния возрастает, так как возрастает магнитная проводимость
на пути этого потока. При этом увеличивается индуктивное сопро-
тивление рассеяния трансформатора, пропорциональное магнит-
ной проводимости, а сварочный ток уменьшается.
Расчеты и эксперименты показывают, что сопротивление рас-
сеяния в зависимости от расстояния между обмотками изменяется
по линейному закону, и, следовательно, сварочный ток изменяется
обратно пропорционально расстоянию между обмотками. При боль-
шом раздвижении обмоток эффективность регулирования снижа-
ется при непрерывном росте массы магнитопровода. Поэтому боль-
шой диапазон плавного регулирования в трансформаторах с под-
вижными обмотками нецелесообразен.
Для расширения пределов регулирования при ограничении мас-
сы магнитопровода применяют ступенчатое регулирование путем
одновременного пс-реключош’я числа витков первичней п вторичной
обмоток с сохранением постоянства коэффициента трансформации
плп с некоторым его уменьшением в диапазоне малых токов. Трех-
фазпые регуляторы для сварочных выпрямителей могут быть ском-
понованы из трех однофазных iраисформаiоров пли выполнены на
трехфазпом магпптоприводе. При этом магиитонровод, как и в
3 М И. Закс
33
трансформаторах с нормальным рассеянием, может быть симмет-
ричным и несимметричным. Несмотря на то что магнитная несим-
метрия особенно сильно проявляется в трансформаторах с увели-
ченным рассеянием, широкое распространение получили более
простые в изготовлении несимметричные конструкции. Из-за раз-
личия магнитных сопротивлений фаз токи в них оказываются не-
одинаковыми, неравномерно загружаются в вентили. В реальных
конструкциях разница фазных токов
должно быть учтено разработчика-
ми при расчете обмоток трансфор-
матора и блока вентилей.
Методика расчета индуктивного
сопротивления рассеяния однофаз-
ных п трехфазных симметричных
достигает 20—25%. Все это
W1
W2
Рис. 4-3. Трансформатор с подвиж-
ным магнитным шунтом
Рис. 4-4. Регулировочная ха-
рактеристика трансформа-
тора с магнитным шунтом
трансформаторов с подвижными обмотками разработана доста-
точно полно [13]. Элементы расчета индуктивности трехфазного
несимметричного трансформатора рассмотрены в работе [12].
Индуктивное сопротивление рассеяния позволяет определить пре-
делы регулирования тока сварочного выпрямителя.
Трансформаторы с подвижными магнитными шунтами. Транс-
форматоры с развитым магнитным рассеянием и с подвижными
шунтами нашли широкое применение в однофазных источниках пи-
тания переменного тока; в трехфазных сварочных выпрямителях
они применяются сравнительно редко. На рис. 4-3 представлена
одна из возможных конструкций трансформатора — однофазный
трансформатор стержневого типа.
Силовые обмотки Wl, W2 трансформатора расположены сим-
метрично на двух стержнях магнитопровода. Катушки первичной
и вторичной обмоток каждого стержня могут быть соединены со-
ответственно параллельно или последовательно. В канале между
катушками расположен магнитный шунт.
Возможны два варианта взаимного расположения первичной
и вторичной обмоток относительно магнитного шунта, а именно их
полное или частичное разнесение. При полном разнесении первич-
34
ные и вторичные обмотки расположены по разные стороны шунта
(рис. 4-3). При неполном разнесении часть первичной обмотки'раз-
мещается в зоне вторичной обмотки или наоборот.
Анализ распределения магнитных потоков в магнитопроводе
трансформатора Ф1; Ф2 и в шунте Фш [11] в зависимости от раз-
мещения силовых обмоток и от режима работы трансформатора
(холостой ход, нагрузка, короткое замыкание) показал, что более
целесообразно разносить вторичную обмотку, причем коэффициент
разнесения с следует выбирать не более единицы;
где ш2д— дополнительные витки вторичной обмотки, расположен-
ные в зоне первичной обмотки; а?2о —основные витки вторичной
обмотки, отделенные от первичной обмотки шунтом.
Для расширения пределов регулирования можно изменять чи-
сло основных и дополнительных витков, т. е. коэффициент разне-
сения. Полному разнесению витков (с = 0) соответствует диапазон
малых токов, неполному (с ¥=0) —диапазон больших токов.
Расчет магнитной системы трансформатора следует производить
по диапазону больших токов, при переходе к диапазону малых
токов путем увеличения разнесения обмоток (уменьшения с) маг-
нитные потоки в магнитопроводе и шунтах снижаются.
Анализ распределения магнитных потоков [11] справедлив и
для трансформаторов с шунтами, подмагничиваемыми постоянным
током.
В рассматриваемом трансформаторе регулирование тока осу-
ществляется путем перемещения магнитного шунта простейшими
механизмами вручную или сервоприводом. При полностью встав-
ленном шунте магнитная проводимость потока рассеяния и, сле-
довательно, индуктивность рассеяния трансформатора максималь-
ны, ток нагрузки минимальный. При выдвижении шунта из окна
магнитопровода магнитная проводимость канала между обмотками
уменьшается и сварочный ток растет.
Зависимость индуктивного сопротивления рассеяния х от поло-
жения шунта показана на рис. 4-4. Скорость снижения величины х
при выдвижении шунта вначале постоянна, а затем уменьшается,
стремясь к нулю. При выходе шунта за пределы окна магнитной
системы трансформатора изменение х относительно невелико.
Трансформатор с выдвинутым магнитным шунтом почти пол-
ностью аналогичен трансформатору с подвижными катушками.
Однако наличие выдвинутого шунта несколько влияет на харак-
тер поля рассеяния, в результате чего реактивное сопротивление
такого трансформатора на 20—30% выше, чем у трансформатора
без шунта.
При расчете трансформатора с шунтом целесообразно исполь-
зовать методику определения минимального реактивного сопро-
тивления Xmin, разработанную для трансформаторов с подвижными
катушками, и учесть увеличение х при наличии выдвинутого шунта
в 1,2—1,3 раза.
й* 35
Трехфазные регуляторы для сварочных выпрямителей могут
быть собраны из трех однофазных трансформаторов пли выполне-
ны на трехфазном магнитопроводе. Однако в трехфазном транс-
форматоре с шунтами магнитная песимметрпя проявляется осо-
бенно ощутимо, приводя к большой песнмметрпи загрузки вентп-
той п обмоток и повышенной пульсации выпрямленного тока.
Поэтому в трансформаторах с шунтами па трехфазном магнито-
проводе применяют специальные методы симметрирования за-
грузки.
Известны методы симметрирования путем уменьшения на сред-
ней фазе относительно крайних числа витков обмоток или увеличе-
ния коэффициента разнесения обмоток. В отдельных случаях сим-
метрирование производится п\
шунтов [13]. Однако все ме-
тоды позволяют получить вы-
сокую симметрию загрузки то-
лько в небольшом диапазоне
токов. Обычно симметрируют
зону больших токов. При ма-
Рис. 4-6. Реактивный делитель напря-
жения
Рис. 4-5. Трансформа-
тор с реактивным де-
лителем напряжения
лых токах симметрия нарушается, что, не вызывая перегрева вен-
тилей и обмоток, неблагоприятно сказывается на форме кривой
выпрямленного тока и на сварочных свойствах выпрямителей.
Реактивные делители напряжения с подвижной магнитной
системой. Реактивные делители напряжения применяются для
регулирования напряжения в сварочных выпрямителях с полого-
падающими внешними характеристиками.
Схема трансформатора Т с реактивным делителем напряжения
РД в однофазном исполнении представлена на рис. 4-5. Реактив-
ный делитель подключен параллельно части витков вторичной об-
мотки W2. В каждой фазе делителя имеются две реактивные
катушки IV'pi и U7p2. Регулирование напряжения (Л производится
увеличением индуктивности одной из катушек при одновременном
уменьшении индуктивности другой.
Выпрямитель, собранный по такой схеме, допускает плавное
регулирование напряжения в довольно широких пределах. Для
расширения диапазона регулирования прп сохранении высоких
энергетических показателей выпрямителя целесообразно нсполь-
36
зовать комбинированное регулирование: плавное в небольших пре-
делах и ступенчатое секционированием обмоток трансфор-
матора.
Простейший трехфазный делитель напряжения, разработанный
в ИЭС имени Е. О. Патона, показан на рис. 4-6. Средняя часть
его магнитной системы делается подвижной. При перемещении
средней части один из зазоров (бь б2) уменьшается, а другой
увеличивается, сумма же зазоров (61-(-б2) остается неизменной-
В первом приближении реактивное сопротивление катушек изменя-
ется обратно пропорционально величине зазоров.
Жесткость внешних характеристик выпрямителя с таким дели-
телем постоянна, т. е. не зависит от положения подвижной части
магнитной системы.
Трехфазный делитель напряжения такой конструкции работает
достаточно надежно. В отличие от однофазных дросселей с регу-
лируемым воздушным зазором здесь для предотвращения вибра-
ции подвижной части магнитной системы практически не требуется
специальных мер, кроме точной сборки, так как на систему дей-
ствуют силы, сумма которых не зависит от времени.
4-3. УСТРОЙСТВА СТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
К этой группе устройств относятся трансформаторы с
переменным коэффициентом трансформации, изменение которого
осуществляется переключением отводов на первичной и вторичной
обмотках, и системы с вольтодобавочными трансформаторами во
вторичной цепи выпрямителя.
Для регулирования необходимы громоздкие силовые коммута-
ционные аппараты. Дистанционное и программное регулирование
здесь практически невозможно.
Однако эти устройства, сравнительно простые и дешевые, на-
шли применение в выпрямителях с пологопадающими характери-
стиками для механизированной сварки в защитных газах с мест-
ным регулированием режима.
Трансформаторы с отводами на обмотках. Плавное регулиро-
вание напряжения Д2 производится изменением числа витков пер-
вичных обмоток трансформатора Т с помощью переключателей
(рис. 4-7).
Регулирование связано с введением дополнительных секций
первичной обмотки, которые не используются при работе транс-
форматора на максимальной мощности. Следовательно, такое ре-
гулирование приводит к увеличению расчетной мощности транс-
форматора по сравнению с нерегулируемым вариантом. Коэффи-
циент использования трансформатора становится меньше единицы
и уменьшается по мере увеличения глубины регулирования напря-
жения. Поэтому наряду с плавным регулированием отводами на
первичной обмотке целесообразно при широких пределах регули-
рования применять ступенчатое регулирование путем секциониро-
вания части вторичной обмотки.
37
В отдельных выпрямителях часть первичной обмотки выполня-
ется из тонких медных пластин, изолированных друг от друга изо-
ляционными прокладками. По наружной части поверхности вит-
ков перемещаются токосъемные щетки, также состоящие из мед-
ных изолированных друг от друга пластин. Отдельные пластины
щеток соединены между собой через резисторы, и таким образом
исключается возможность короткого замыкания витков регулиру-
емой части первичной обмотки. Щетки могут перемещаться вруч-
ную или электродвигателем. Следовательно, в таких источниках
за счет сложности конструкции достигается плавное и дистанци-
онное управление.
Рис. 4-7. Трансфор-
матор с отводами
на первичной об-
мотке
Рис. 4-8. Трансформатор с
вольтодобавочпым трансфор-
матором во вторичной цепи
Система регулирования с вольтодобавочными трансформато-
рами. Регулирование напряжения производится несколькими
вольтодобавочными трансформаторами [10]. Каждый вольтодоба-
вочный трансформатор Т2 (рис. 4-8) может быть включен со-
гласно с основным трансформатором Т1, встречно ему или отклю-
чен от сети. Таким образом, с помощью одного трансформатора
могут быть получены напряжения:
(72 = и2о + С/од'> Un — U2a\ U2 = U2o — U2a.
Если же первичные обмотки трехфазного трансформатора вклю-
чать в звезду и в треугольник, то число ступеней напряжения мо-
жет быть увеличено еще на две:
и2 = и2о + ^-, и2^и2а--^.
При использовании двух трехфазных вольтодобавочных транс-
форматоров число ступеней регулирования может достигать 25.
При применении одного трехфазного и трех однофазных вольто-
добавочных трансформаторов число ступеней может быть увели-
чено еще больше. Небольшая иесимметрия фазных напряжений,
возникающая при несимметричном регулировании напряжения од-
нофазными вольтодобавочными трансформаторами, не отражается
отрицательно па работе выпрямителя и на стабильности процесса
сварки. При такой системе регулирования мощность всех транс-
58
форматоров используется полностью. Однако общая установлен-
ная мощность разбивается па несколько отдельных единиц. В ре-
зультате этого растет удельный расход активных материалов и
увеличивается стоимость изготовления трансформаторов.
При переключении первичных обмоток вольтодобавочных транс-
форматоров происходит разрыв цепи на время переключения. Если
такое переключение происходит под нагрузкой (ток во вторичной
цепи), то в первичной цепи возникают большие перенапряжения,
как иа разомкнутой обмотке трансформатора тока. Высокие на-
пряжения могут привести к пробою изоляции обмоток и переклю-
чающих устройств. Поэтому переключение следует производить на
холостом ходу или применять специальные устройства защиты от
перенапряжений. По такой схеме регулирования в СССР в начале
60-х годов был разработан выпрямитель ВСК-300, однако он не
получил широкого промышленного применения из-за отмеченных
недостатков схемы.
4-4. ПОДМАГНИЧИВАЕМЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
К этой группе относятся дроссели насыщения (ДН) и
трансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунта
(ТРПШ). Эти устройства имеют ряд существенных преимуществ
перед рассмотренными ранее. Первое преимущество — отсутствие
подвижных частей и коммутирующих аппаратов и как следствие
высокая надежность и долговечность. Второе преимущество — срав-
нительно малая инерционность регулирования и простота дистан-
ционного управления. Третье преимущество — очень широкие пре-
делы регулирования тока.
Недостатки этих устройств — большая масса активных мате-
риалов п невысокие энергетические показатели.
Дроссели насыщения широко используются в сварочных выпря-
мителях как с круто-, так и с пологопадающими характеристи-
ками, ТРПШ — преимущественно в выпрямителях с крутопадаю-
щими характеристиками.
Дроссели насыщения. Дроссель насыщения представляет собой
реактивную катушку с ферромагнитным магпнтопроводом.
Обычно дроссель насыщения имеет две обмотки. По основной,
или рабочей, обмотке протекает переменный рабочий ток. По об-
мотке управления, или подмагничивания, протекает постоянный
ток, служащий для подмагничивания магнитопровода дросселя.
Упрощенно дроссель насыщения можно рассматривать как ре-
гулируемое реактивное балластное сопротивление. При увеличе-
нии постоянного тока в обмотке подмагничивания материал маг-
нитопровода насыщается, его эффективная магнитная проницае-
мость падает и, следовательно, индуктивность дросселя
уменьшается.
Схемы включения дросселей насыщения весьма разнообразны.
Однако по характеру работы все схемы могут быть подразделены
па две группы. К первой группе относятся схемы без внутренней
39
Рис. 4-9. Выпрямители с дросселями насыщения
Рис. 4-10. Характери-
стика намагничивания
магнитопровода дрос-
селя насыщения
обратной связи, ко второй группе —схемы с внутренней обратной
связью, или с самонасыщением.
В схемах первой группы рабочие обмотки дросселей включа-
ются в фазные цепи выпрямителей, по рабочим обмоткам проходит
чисто переменный ток. Дроссели насыщения выступают как регу-
ляторы тока и обеспечивают крутопадающие внешние характери-
стики.
В схемах второй группы рабочие обмотки дросселей включа-
ются последовательно с полупроводниковыми вентилями схемы
выпрямления, реже для введения внутренней обратной связи ис-
пользуются дополнительные вентили. По рабочим обмоткам про-
ходит однополярный ток. Дроссели насыщения здесь выступают как
регуляторы напряжения и обеспечивают жест-
кие внешние характеристики.
На рис. 4-9 представлены наиболее распро-
страненные схемы включения дросселей на-
сыщения для регулирования напряжения и то-
ка в трехфазной мостовой схеме выпрямления;
1. Схема с включением рабочих обмоток
дросселей насыщения ДН1— ДН6 последова-
тельно с вентилями выпрямительного блока.
Обмотки управления всех дросселей соедине-
ны последовательно (рис. 4-9, а).
2. Схема с включением рабочих обмоток
дросселей насыщения по мостовой схеме в раз-
рыв нейтральной точки силового трансфор-
матора Т (рис. 4-9, б).
3. Схема с включением рабочих обмоток дросселей насыщения
в фазные цепи выпрямителя. Обмотки управления всех дросселей
включены последовательно или выполнены в виде одной обмотки,
охватывающей все шесть магнитопроводов (рис. 4-9, в).
4. Схема с включением рабочих обмоток дросселей насыщения
в фазные цепи. Обмотки управления дросселей включены в три
параллельные группы (рис. 4-9, г).
Во всех приведенных схемах используется шесть дросселей на-
сыщения, чем достигается симметричное регулирование напряже-
ния и тока при шестифазных пульсациях.
Схема на рис. 4-9, а относится к группе схем с внутренней об-
ратной связью, остальные — к группе схем без внутренней обрат-
ной связи. Для пояснения принципа работы схемы на рис. 4-9, а
обратимся к идеализированной характеристике намагничивания
магнитопровода (рис. 4-10).
Работа каждого дросселя насыщения в схемах с внутренней
обратной связью может быть разбита на два интервала: рабочий,
когда проходит ток ф в рабочей обмотке, и управления, когда из-
за наличия последовательно включенного вентиля рабочий ток
отсутствует.
Рассмотрим режим работы дросселя насыщения при отсутствии
тока управления (ty = 0). В этом случае дроссель насыщения
40
41
работает на верхнем горизонтальном участке петли гистерезиса от
точки а до точки b (рис. 4-10), Магнитный поток Ф дросселя оста-
ется неизменным н равным потоку насыщения Фа, дроссель не
влияет на работу схемы.
Если по обмотке управления дросселя протекает небольшой
отрицательный ток /у, то под воздействием МДС Fy — wyi} в ин-
тервале управления (ток zp отсутствует) магнитопровод будет вы-
веден из состояния насыщения (размагничен) и его магнитное со-
стояние будет характеризоваться точкой с на левой нисходящей
ветви петли гистерезиса. Поток магнитопровода снизится на вели-
чину ДФ. Теперь при наступлении очередного рабочего интервала,
совпадающего с началом работы очередного вентиля, рабочий ток
через обмотку дросселя насыщения сможет проходить только после
того, как магнитопровод вновь будет насыщен, т. е. его магнитное
состояние будет переведено из точки с в точку е по пути cde. Пере-
магничивание магнитопровода дросселя насыщения происходит под
воздействием разности напряжений вступающей в работу и выхо-
дящей из нее фаз трансформатора питания. Время, затраченное
на перемагничивание магнитопровода, определяет угол задержки
вступления вентиля в работу, или угол регулирования а. Длитель-
ность процесса перемагничивания зависит от положения точки с
на кривой намагничивания или в конечном счете от значения тока
управления. Чем больше iy, тем ниже опустится в интервале уп-
равления точка с и тем больше будет задержка вступления венти-
ля в работу.
По характеру работы схема полностью идентична схеме с уп-
равляемыми вентилями, а по виду внешних характеристик схема
очень близка к ней.
Напряжение питания, угол регулирования и основные парамет-
ры дросселя насыщения, определяющие его электромагнитную мощ-
ность, связаны соотношением [21]
coaipQ (Bs — BQ)
cos а = 1-------7=------,
Ve е2
где wp — число витков рабочей обмотки дросселя: Q — сечение
стали магнитопровода дросселя; Bs — индукция, соответствующая
потоку насыщения Ф5; Во — индукция, соответствующая значению
потока Ф в точке с (в начале перемагничивания); Е2 — действую-
щее фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора Т.
Очевидно, что угол регулирования может достигать максималь-
ного значения, если задать такое подмагничивание, при котором
Во = — Bs. Тогда
2cou’pQ Bs
cos а = 1-----=-----
<6 Е2
Приведенная формула является одной из основных при рас-
чете дросселя насыщения в рассматриваемой схеме.
44
Если необходимо получить полное регулирование, то ктах = 90°
(полагаем выпрямленный ток идеально сглаженным) и расчетные
параметры дросселя определяются соотношением
cCpQ —
у'б е2
2<i>Bs
Ud
Рис, 4-11. Характери-
стика управления вы-
прямителя по схеме
рис. 4-9, а
управления, харак-
Особенности расчета дросселя насыщения при плавно-ступен-
чатом регулировании применительно к механизированной сварке
в среде углекислого газа рассмотрены в работе [5].
На рис. 4-11 приведена характеристика управления рассмат-
риваемой схемы, представляющая собой зависимость выпрямлен-
ного напряжения Ua от тока управления при неизменном напряже-
нии питания п неизменном токе или сопротивлении нагрузки. Ха-
рактеристика соответствует реальному устрой-
ству, в котором индукция насыщения и оста-
точная индукция не идентичны.
Область управления таких устройств не
ограничивается зоной отрицательных токов уп-
равления. Для получения полного регулирова-
ния необходимо производить подмагничивание
сердечника и в зоне положительных токов уп-
равления. Поэтому в реальных устройствах
используют две обмотки подмагничивания: об-
мотку смещения в зоне отрицательных токов
(с и обмотку управления, осуществляющую ре-
гулирование выпрямленного напряжения по-
ложительными токами управления 1у во всей
области управления.
В схемах на рис. 4-9, б, в, г дроссели на-
сыщения также осуществляют задержку всту-
пления вентилей в работу. Однако процесс
теристики управления и внешние характеристики существенно от-
личаются от таковых для рассмотренной выше схемы.
Характеристика управления для этих схем приведена на рис.
4-12. Отсутствию тока управления здесь соответствует минималь-
ный рабочий режим, максимальному току управления — макси-
мальный рабочий режим. Внешние характеристики носят крутопа-
дающий характер (рис. 4-13). Принцип получения таких характе-
ристик иллюстрируется рис. 4-14. При отсутствии рабочего тока
дроссель насыщения насыщен током управления iy (рабочая точ-
ка О). Если рабочий ток, определяющийся параметрами цепи на-
грузки, ниже значения iywy/wp, то он не может вывести дроссель
насыщения из насыщенного состояния; устройство работает на
верхнем горизонтальном участке петли гистерезиса (Оа, ОЬ).
Этому режиму работы соответствует также верхний горизон-
тальный участок внешних характеристик (рис. 4-13). При умень-
шении сопротивления нагрузки увеличивается рабочий ток до
значения ip = iyw}/wp — где — намагничивающая составля-
ющая рабочего тока.
43
Дальнейшее увеличение рабочего тока (рис. 4-14) приводит к
вступлению в работу дросселей насыщения, которые обусловлю
Рис, 4-12. Ха-
рактеристика
управления вы-
прямителя по
схемам рис. 4-9,
б, в, г
Рис. 4-13.
Внешние ха-
рактеристики
выпрямителя
по схемам рис.
4-9, б, в, г
вают задержку вступления в работу очередного вентиля при пере-
магничивании магнитопроводов на участке ас. Процесс перемаг-
ничивания происходит при приблизи-
Ф тельном постоянстве рабочего тока и
а о ь сопровождается снижением выпрямлен-
|о —р . >- ного наПрЯжения (рис> 4-13). в про-
}с . ! цессе регулирования напряжения ме-
; ; няются только фазовые соотношения
; I между рабочим током и напряжением
i j ш I питания, значение же рабочего тока
Г у -I остается практически неизменным.
J I Наклон внешней характеристики
________J ’ I повторяет наклон характеристики на-
d I “ магничивания.
I -------------п Глубина регулирования выпрямлен-
] ного напряжения зависит от расчет-
I _____________ ных параметров дросселей насыщения.
I Последние могут быть рассчитаны на
а ' полное регулирование напряжения —
до нуля (точка с на рис. 4-13) или не-
1_______ полное — до заданного значения (точ-
ка b на рис. 4-13). Во втором случае
после перемагничивания дросселя на-
сыщения в диапазоне 2BS вновь по-
является возможность неограниченного
роста рабочего тока (штриховая ли-
ния на рис. 4-13). Каждому значению тока подмагничивания со-
Рис. 4-14. К построению внеш-
них характеристик выпрямите-
ля с дросселем насыщения
ответствует своя внешняя характеристика.
В табл. 4-1 приведены основные расчетные соотношения для
рассмотренных схем при полном регулировании напряжения [21].
Соотношения получены в предположении, что выпрямленный ток
44
Таблица 4-1
Схема вклю гения лн Д-Ill 11,.» Ю Ц ill JOlx Эквива ie-iT- ипя ЭДС Суммарная iивовая «опиюсть комп лекта UH Coo гноше НИС типо- вых мощ- ное 1 ей дн для ра< личных схем
рабочей 'б МО l Ml обМОi Ml \ нраиленпя
Рис. 4-9, а 0,58/(/ (0,03-4-0,1) % (0,G45-r 0,970) ST 1,05-1,1
Рис. 4-9, б — 0,3726%, 0,615ST 1,0
Рис. 4-9, в 0,82% U’p — d 1,93 ST 3,18
Рис. 4-9, г 0,82 — ld My 0,1866%0 0,87ST 1,43
Примечание. %—номинальный выпрямленный ток; UM—выпрямленное
напряжение при холостом ходе, ST—типовая мощность трансформатора пи-
тания.
идеально сглажен, магиитопроводы дросселей насыщения облада-
ют характеристикой, близкой к идеальной, и отсутствует перемен-
ная составляющая тока в цепях подмагничивания.
Суммарная типовая мощность, приведенная в таблице и опре-
деляющая массу п габариты дросселей, позволяет произвести тех-
нико-экономическое сравнение рассмотренных схем регулирования.
Минимальной получается типовая мощность дросселей насы-
щения в схеме на рис. 4-9, б. Это достигается благодаря тому, что
в данной схеме дроссели имеют только по одной обмотке, которая
является рабочей и одновременно используется для подмагничи-
вания постоянным током. Однако это обстоятельство приводит и к
существенному недостатку схемы: цепи управления и рабочая
оказываются электрически связанными и управление производит-
ся током, равным по значению рабочему (коэффициент усиления
по току равен единице), что в большинстве случаев неудобно.
Наиболее неэкономичной оказывается схема на рис. 4-9, в. В
этой схеме суммарная типовая мощность дросселей почти в два
раза превышает типовую мощность трансформатора питания ST.
Промежуточное положение занимает схема на рис. 4-9, г. Ти-
повая мощность дросселей здесь всего на 40% больше, чем в эта-
лонной схеме (рис. 4-9, б). Схема свободна от недостатков, прису-
щих эталонной, и может быть рекомендована для выпрямителей
с крутопадающими характеристиками.
Схема с внутренней обратной связью (рис. 4-9, а) вполне удоб-
на и экономична для выпрямителей с пологопадающими внешни-
ми характеристиками. Вследствие небольшой мощности обмоток
управления суммарная типовая мощность дросселей насыщения
превосходит эту же мощность в эталонной схеме всего на 5—10%,
45
схема обеспечивает высокий коэффициент усиления по мощности.
Дроссели насыщения могут использоваться для регулирования и в
других схемах выпрямления, например в шестифазных схемах —
кольцевой и с уравнительным дросселем.
Наиболее просто здесь могут быть выполнены выпрямители с
пологопадающими характеристиками, несмотря на то что возни-
кают дополнительные требования к идентичности параметров
дросселей насыщения [6]. Для выпрямителей с крутопадающими
характеристиками на базе дросселей насыщения эти схемы вы-
прямления не могут быть рекомендованы из-за значительного
усложнения схемы и повышения расчетной мощности дросселей.
Трансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунта.
Трансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунта (ТРПШ),
в последнее время находят при-
менение в различных отраслях
техники. Систематизации различ-
ных схем и конструкций, вопро-
сам теории, расчета и проектп-
Рис. 4-15. Трансформатор с подмагничиваемым шунтом: а — глав-
ный магнитопровод с силовыми обмотками; б —магнитный шунт
с обмотками управления
рования ТРПШ посвящены многочисленные работы проф.
А. М. Бамдаса [1, 2].
Особенности работы ТРПШ в качестве источника питания при
дуговой сварке рассмотрим на примере трансформатора, схема-
тически представленного на рис. 4-15 [4].
Магнитная система трансформатора состоит из двух замкну-
тых магнитопроводов, один из которых перпендикулярно вставлен
в другой. Внутренний магнитопровод представляет собой магнит-
ный шунт Ш, подмагничиваемый постоянным потоком Фу, созда-
ваемым током в обмотке управления
Силовые обмотки трансформатора расположены симметрично
на обоих стержнях внешнего, главного, магнитопровода Г. Транс-
форматор выполнен с частичным разнесением силовых обмоток.
Вторичная обмотка каждого стержня состоит из двух последова-
тельных секций — основной Ц72о и дополнительной №2д, причем
46
основная обмотка расположена по одну сторону шунта, а дополни-
тельная — по другую его сторону совместно с первичной обмот-
кой WI.
Между главным магнитопроводом трансформатора и шунтом
имеется воздушный зазор 6.
Трансформатор имеет повышенное воздушное рассеяние, сла-
гающееся из лобового рассеяния (Фл) и рассеяния в окне транс-
форматора (Фо).
Однако основной поток рассеяния Фш
проходит через магнитный шунт Ш и воз-
душный зазор б.
Упрощенная эквивалентная схема транс- угд
форматора приведена на рис. 4-16, где хв,
хш, хь — индуктивные сопротивления, соот-
ветствующие полям рассеяния трансформа-
тора по воздуху, через шунт и воздушный
зазор; и2о, — вторичные напряжения
при холостом ходе и при нагрузке. Ток на-
грузки трансформатора /2 пропорционален
Рис. 4-16. Упрощенная
эквивалентная схема
трансформатора с маг-
нитным шунтом
проводимости шунта
и воздушного зазора.
Минимальный ток нагрузки трансформатора /2тт (при отсут-
ствии подмагничивания) определяется в основном проводимостью
воздушного зазора. МДС обмотки управления приближенно равна
I yW У ~ (/21Пах ^2min) Ш2о.
В том случае, когда значение /2min велико, т. е. при неглубоких
пределах регулирования, получаем экономию на МДС обмоток
управления. Поэтому здесь наряду с плавным регулированием ра-
ционально предусматривать ступенчатое регулирование за счет
параллельного и последовательного соединения силовых обмоток
или изменения коэффициента разнесения обмоток. Трехфазные си-
стемы могут быть построены на основе однофазных конструкций.
ГЛАВА ПЯТАЯ
Системы фазового управления
и автоматического регулирования
тиристорных сварочных выпрямителей
5-1. МЕТОД ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО
УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
Тиристор является вентилем с ограниченной управляе-
мостью. Действие управляющего электрода сводится к управлению
моментом включения тиристора. Это свойство тиристоров легло в
основу распространенного в настоящее время метода импульсно-
47
фазового управления тиристорами, суть которого заключается в
следующем.
Система управления тиристорами создает синхронизированную
с сетью многофазную систему управляющих импульсов и осуще-
ствляет сдвиг фазы фронтов импульсов относительно напряжения
сети. Фронты импульсов системы управления включают тиристоры,
а изменением фазы фронтов импульсов осуществляется фазовое
регулирование выходных параметров сварочных выпрямителей.
Для нормальной работы сварочного выпрямителя система им-
пульсно-фазового управления (СФУ) должна удовлетворять сле-
дующим требованиям:
1. Параметры импульсов управления должны обеспечивать га-
рантированное включение любого тиристора выбранного типа в
заданном диапазоне температур работы сварочного выпрямителя.
При этом ток, напряжение и скважность импульсов должны быть
выбраны в строгом соответствии с диаграммой управления вы-
бранного типа тиристора (см. гл. 2). Длительность импульсов не-
пременно должна быть достаточной для нарастания прямого тока
тиристора от нуля до значения удерживающего тока с учетом за-
данного характера нагрузки выпрямителя.
Кроме того, в схемах выпрямления, где два тиристора рабо-
тают одновременно, длительность импульса должна быть выбрана
с учетом дополнительного фактора—условия вхождения тиристо-
ров в работу [9]. Так, для нормальной работы шестифазной схемы
с уравнительным дросселем длительность (ширина) импульса
должна быть не менее 30°, а в трехфазной мостовой схеме — не
менее 60' (в последнем случае возможна также подача сдвоенных
узких импульсов со сдвигом 60°).
Импульсы управления должны иметь крутой передний фронт,
чтобы исключить разброс моментов включения тиристоров из-за
разброса их входных характеристик.
2. СФУ должна обеспечивать определенную очередность вклю-
чения тиристоров в схеме выпрямления. Интервалы между управ-
ляющими импульсами, подаваемыми па очередные вентили схемы
выпрямления, равны <л'Г/т, где о и 7' —угловая частота п период
напряжения сети; т — число фаз схемы выпрямления, равное ча-
стоте пульсаций выпрямленного напряжения.
Отклонение интервалов между импульсами от значения, равно-
го аТ/т, называется асимметрией управляющих импульсов.
Асимметрия импульсов приводит к неравномерной загрузке
тиристоров, к появлению низкочастотных составляющих в кривой
выпрямленного напряжения, к )Х}ДШСШ!Ю работы силового транс-
форматора. Наиболее опасна асимметрия импульсов в шестпфазпоп
схеме выпрямления с сравнительным дросселем: в последнем по-
является постоянный поток намагничивания и резко возрастает на-
магничивающий ток. Складываясь с анодными токами тиристоров
одной трехфазной группы и вычнтаясь из токов другой группы,
намагничивающий ток обусловливает ре и<о неравномерную за-
грузку этих групп.
48
3. Диапазон изменения фазы управляющих импульсов должен
соответствовать схеме выпрямления и характеру нагрузки. Напри-
мер. в трехфазной мостовой схеме выпрямления и шестифазной
схеме с уравнительным дросселем при полном регулировании вы-
ходного напряжения диапазон изменения фазы управляющих им-
пульсов должен быть 0—120''' при активной нагрузке и 0—90° при
индуктивной.
4. Сигналы помех, генерируемые в СФУ, а также наводимые из
силовой сети пли схемы выпрямителя, должны быть меньше допу-
стимых, указанных па диаграммах управления значений, при кото-
рых может происходить срабатывание тиристоров при заданных
температурах.
5. Так как сварочный выпрямитель, как правило, представляет
собой замкнутую систему автоматического регулирования, то с
учетом специфики нагрузки (сварочная дуга) СФУ должна обла-
дать высоким быстродействием.
б. Сварочный выпрямитель является массовым и недорогим
аппаратом, СФУ -самый многоэлементный и слабый узел сва-
рочного выпрямителя. Поэтому наряду с перечисленными тех-
ническими требованиями стоимость, надежность и ремонтоспособ-
ность зачастую являются определяющими факторами при разра-
ботке СФУ сварочных выпрямителей.
5-2. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ
ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
Система импульсно-фазового управления т-фазного
тиристорного выпрямителя состоит в общем случае из т-каналов
управления и содержит входное, фазосдвигающее, промежуточное
и выходное устройства. Наличие всех элементов СФУ не обяза-
тельно, функции отдельных элементов могут быть совмещены в
одном элементе или выражены неявно.
Входное устройство осуществляет привязку СФУ к сети пере-
менного тока, от которой питается силовая схема выпрямления.
Простейшим входным устройством является трансформатор. Пер-
вичная обмотка входного трансформатора подключается к силовой
сети, а со вторичных обмоток па каналы управления снимается
синхронизированное с сетью переменное напряжение. Входные на-
пряжения, поступающие на каналы управления, сдвинуты отно-
сительно друг друга иа угол ыТ/т. Имеются и другие входные
устройства, которые генерируют собственную систему входных на-
пряжений. синхронизированную с моментами прохождения сетевого
напряжения через пулевые значения
Фазосдвигающее устройство обеспечивает изменение фазы
управляющих импульсов относительно напряжения сети. В зави-
симости от способа построения фазосдвпгающих устройств СФУ
разделяют па одпокапальные н многоканальные.
При одпокапальиом способе управления для всех каналов уп-
равления имеется одно фазосдвигающее устройство. С его выхода
49
управляющие сигналы распределяются на промежуточные и вы-
ходные элементы каждого канала через различные коммутаторы.
Одноканальные схемы, как сложные и недостаточно надежные, в
сварочных выпрямителях применения не нашли.
При многоканальном способе управления сдвиг импульсов в
каждом канале осуществляется отдельным фазосдвигающим уст-
ройством.
Однако наиболее простыми, надежными и экономичными яв-
ляются СФУ, в которых одно фазосдвигающее устройство исполь-
зуется в канале, предназначенном для управления двумя противо-
фазными тиристорами.
В зависимости от типа элементов, на которых построены фа-
зосдвигающие устройства, их разделяют на схемы с магнитными
усилителями, транзисторные схемы «вертикального» управления
и другие.
Схемы фазосдвигающих устройств, основанные на использова-
нии магнитных усилителей с самонасышением, нашли ограничен-
ное применение в сварочных выпрямителях. Основные недостатки
схем с магнитными усилителями обусловлены низкой симметрией
управляющих импульсов, связанной с неидентичиостыо магнитных
характеристик сердечников, и ограниченным быстродействием.
Транзисторные схемы «вертикального» управления практиче-
ски безынерционны. Принцип «вертикального» управления заклю-
чается в сравнении на нелинейном элементе — узле сравнения —
переменного напряжения, поступающего с входного устройства, с
некоторым постоянным напряжением. В качестве нелинейного
элемента обычно используется эмиттерный переход транзистора.
Формирование управляющих импульсов происходит в момент ра-
венства сравниваемых напряжений.
В качестве переменного напряжения может быть использовано
синусоидальное напряжение, поступающее с входного трансфор-
матора, или пилообразное напряжение, поступающее со специаль-
ного генератора. Регулирование фазы импульсов может произво-
диться как путем изменения значения постоянного напряжения,
так п путем изменения скорости нарастания на генераторе пило-
образных напряжений.
Промежуточное устройство осуществляет предварительное уси-
ление сигналов, поступающих с фазосдвигающего устройства. На-
иболее часто в качестве промежуточного устройства используются
транзисторные усилители, работающие в ключевом режиме.
Транзисторный усилитель обычно является одновременно узлом
сравнения фазосдвигающего устройства: на вход усилителя по-
ступает разность постоянного и переменного напряжений.
" Поскольку скорость нарастания переменного напряжения на
входах усилителей ограниченна и имеется разброс в порогах их
срабатывания, существует некоторый разброс в моментах сраба-
тывания усилителей, приводящий к временной асимметрии управ-
ляющих импульсов.
50
Для снижения асимметрии управляющих импульсов целесооб-
разно повышать коэффициент усиления транзисторного усилителя
и снижать собственное время его переключения. Поэтому в проме-
жуточных устройствах обычно используются усилители с положи-
тельной обратной связью пли блокинг-генсраторы, последние из-за
низкой помехоустойчивости широкого применения в сварочных
выпрямителях не получили.
Выходное устройство окончательно формирует импульсы
управления и передает их на управляющие электроды силовых
тиристоров.
Ввиду того что в сварочных выпрямителях катоды силовых ти-
ристоров обычно находятся под разными потенциалами, для пода-
чи импульсов на управляющие электроды силовых тиристоров обы-
чно используются изолирующие импульсные трансформаторы.
Применение таких трансформаторов затрудняет передачу широких
импульсов, приводит к снижению крутизны передних фронтов
импульсов, требует защиты полупроводниковых элементов канала
от перенапряжений, возникающих при свободном спадании маг-
нитного потока, накопленного в разделительном трансформаторе
во время импульса.
Следует отмстить, что импульсные трансформаторы передают
на управляющие электроды тиристоров однополярные импульсы.
При этом импульсные трансформаторы работают на частном не-
симметричном гистерезисном цикле, в диапазоне индукций от оста-
точной Вг до насыщения Bs. Поэтому в качестве материала для
магнитопроводов импульсных трансформаторов может быть реко-
мендована холоднокатаная электротехническая сталь, обладающая
высокой магнитной проницаемостью и большим рабочим диапазо-
ном индукций /\В = Bs — Вг.
В силовых схемах выпрямления, где катоды всех тиристоров
объединены (например, шестифазная схема с уравнительным дрос-
селем) имеется возможность подачи импульсов на управляющие
электроды без импульсных трансформаторов. Такие устройства сво-
бодны от отмеченных ранее недостатков.
Выходное устройство обычно содержит токоограничавающий
элемент — резистор или конденсатор, зашунтированный разрядным
резистором. Параметры этого элемента выбираются в строгом со-
ответствии с диаграммой управления тиристоров данного типа.
Часто выходные устройства снабжаются дополнительными ис-
точниками питания, позволяющими усилить импульсы управления
и увеличить их длительность. Обычно такие источники питания
выполняют одновременно и функции коммутаторов, распределяю-
щих импульсы па два противофазных силовых тиристора.
В качестве ключа, определяющего фазу управляющих импуль-
сов. в таких источниках используются транзисторы или маломощ-
ные тиристоры, управление которыми производится с промежуточ-
ного устройства.
Управляющие импульсы в выходных устройствах с дополни-
тельными источниками обычно имеют форму отрезков полуволны
51
синусоиды. Особенности расчета СФУ при такой форме управляю-
щих импульсов рассмотрены в работе [8]. Далее приводятся при-
меры исполнений каналов фазового управления отечественных
тиристорных сварочных выпрямителей. Все рассматриваемые ка-
налы предназначены для управления двумя противофазными ти-
ристорами.
5-3. КАНАЛ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
НА ОСНОВЕ МАГНИТНОГО УСИЛИТЕЛЯ
В качестве преобразователя постоянного напряжения
управления в фазу управляющих импульсов здесь использован
магнитный усилитель с самоиасыщением.
Питание магнитного усилителя производится стабилизирован-
ным напряжением, снимаемым с кремниевого стабилитрона V5
Рис. 5-1. Канал фазового управления на основе магнит-
ного усилителя с самоиасыщеннем
(рис. 5-1). Стабилитрон включен в диагональ выпрямительного мо-
ста на диодах VI — V4 последовательно с гасящим резистором R1.
Такая схема позволяет преобразовать синусоидальное напряжение
сети в синхронное с ним стабилизированное переменное напряже-
ние трапецеидальной формы Питание магнитного усилителя та-
ким напряжением позволяет исключить влияние на работу канала
колебаний напряжения сети, расширить в пределе до 180° диапа-
зон регулирования фазы импульсов и получить практически линей-
ную характеристику канала управления а = /'(Ь'у).
Магнитный усилитель имеет две рабочие обмогкп U'Pi и 1Гр2 и
три гальванически развязанные между собой обмотки управления
^У1-Гу3.
Нагрузкой магнитного усилителя являются управляющие элек-
троды силовых тиристоров, импульсы на которые поступают со
52
вторичных обмоток разделительных импульсных трансформато-
ров Т! и Т2 через диоды V8 и V9. Рабочие обмотки магнитного
усилителя включены последовательно с диодами V6 п V7 по
схеме самонасыщенпя или внутренней обратной связи.
Работа такого магнитного усилителя полностью идентична ра-
боте дросселя насыщения с внутренней обратной связью, рассмо-
тренного в предыдущей главе.
Под действием стабилизированного напряжения питания в
каждый полупериод происходит перемагничивание одного из маг-
нитопроводов магнитного усилителя от начальной индукции до
индукции насыщения. Время перемагничивания магнитопровода
определяет фазу импульса управления, так как после насыще-
ния магнитопровода все напряжение питания прикладывается к
соответствующему импульсному трансформатору. Этот полупе-
риод для магнитопровода является рабочим; для другого магни-
топровода он является полупериодо.м управления, когда под дей-
ствием результирующей МДС обмоток управления задается на-
чальная индукция в этом магнитопроводе. В другой полупериод
наблюдается обратная картина.
Резисторы R2 и R3, шунтирующие рабочие обмотки усилителя,
предназначены для выравнивания влияния неидентичности маг-
нитных характеристик магнитопроводов на несимметрпю управ-
ляющих импульсов.
Рассмотренные каналы весьма просты и надежны. Определен-
ным удобством является гальваническая развязка обмоток уп-
равления, на которые могут поступать напряжения управления с
различных звеньев схемы сварочного выпрямителя.
Однако каналы не нашли широкого применения в сварочных
выпрямителях в связи с отмеченными ранее недостатками, об-
условливающими низкую симметрию управляющих импульсов и
инерционность управления.
Канал использован в экспериментальном сварочном выпрями-
теле ВД-304.
5-4. КАНАЛ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
НА ОСНОВЕ ТРАНЗИСТОРНОГО ЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА
Канал выполнен по классическому — «вертикальному» —
принципу. Основой канала (рис. 5-2) является стандартный тран-
зисторный логический элемент А (тип Т-404) [20], представляющий
собой четырехкаскадную схему, в которой первые два транзисто-
ра включены по схеме с общим эмиттером, а вторые два — по
схеме составного транзистора. Схема имеет прямой выход: при
открывании входного каскада открывается и выходной каскад
элемента.
Логический элемент выполняет в канале функции промежуточ-
ного устройства. Однако его входной транзистор является одновре-
менно узлом сравнения фазосдвигающего устройства, а выходной
53
транзистор выполняет функции транзисторного ключа в выходном
устройстве.
К логическому элементу подводятся напряжения питания —Е
и смещения +£См. Открытие логического элемента происходит при
подаче на любой из его входов (точки 1 и 2) отрицательного (отно-
сительно нулевого потенциала) сигнала, при отсутствии сигналов
на входах логический элемент закрыт.
На каждый вход элемента поступает разность постоянного U-
и переменного напряжений. Синхронизированное с сетью пере-
менное напряжение снимается с группы основных обмоток Fia
Рис. 5-2. Канал фазового управления па основе транзисторного логического
элемента
и Wia' входного трансформатора. Однако напряжение с основ-
ных обмоток поступает на входы элементов не непосредственно,
а через диодные ключи. Работой диодных ключей управляет
группа дополнительных обмоток U'Co и Ww трансформатора.
В состав каждого ключа входят также диод и резистор. Напря-
жение на дополнительных обмотках превышает по амплитуде
напряжение на основных обмотках в 2—4 раза.
Переменные напряжения на входах 1 и 2 сдвинуты между со-
бой по фазе на 180°, а напряжение дополнительной обмотки
на каждом входе опережает напряжение своей основной обмотки
на 60е. Так, на входе / включена основная обмотка П'щ, а диод-
ный ключ содержит диод VI, резистор R1 и дополнительную об-
мотку Ww; на входе 2 включена основная обмотка 1УТа', а
диодный ключ содержит диод V2, резистор R2 и обмотку W2t>-
54
Работу входного и фазосдвигающего устройства поясним вре-
менными диаграммами, приведенными на рис. 5-3.
Вначале предположим, что работает только вход 1 элемента
и пороговое напряжение срабатывания элемента пренебрежимо
мало. Если на вход 1 логического элемента в отсутствии диод-
ного ключа подать только одно синусоидальное напряжение Ula
(рис. 5-3, а), то элемент будет включен в отрицательный полу-
период этого напряжения и будет выключен в положительный.
Рис. 5-3. Диаграмма напряжений на входном и
фазосдвигающем устройстве транзисторного кана-
ла управления
Если последовательно с этим напряжением включить отрицатель-
ное напряжение, то срабатывание элемента произойдет раньше
момента перехода напряжения U\a через нулевое значение; при
смене полярности постоянного напряжения срабатывание элемен-
та произойдет позже указанного момента.
Изменяя значение и полярность постоянного напряжения, мо-
жно изменять момент срабатывания логического элемента, т. е.
управлять фазой импульсов управления.
Изменять полярность постоянного напряжения затруднитель-
но, поэтому обычно используют два напряжения: нерегулируемое
отрицательное напряжение смещения Исы № 0,855171т и регулируе-
мое положительное напряжение управления U. « 0 4- 2UCM, ко-
торое управляет моментом срабатывания логического элемента.
55
Таким образом, для регулирования фазы импульсов используют
«линейный» участок кривой основного синусоидального напряже-
ния между точками п и п'.
Однако при включении элемента в точке п его выключение
произойдет только в точке k. Импульс управления получается
чрезмерно широким, что исключает управление от одного канала
двумя противофазными силовыми тиристорами и приводит к пере-
грузке управляющих электродов силовых тиристоров. Для огра-
ничения ширины импульса и применен диодный ключ.
Форма результирующего переменного напряжения на входном
устройстве (вход /) приведена на рис. 5-3,6.
В отрицательный полупериод напряжения «зудиод V/ открыт,
обмотка W-2b' вследствие высокого внутреннего сопротивления
(резистор R1) замкнута и переменное напряжение на входе 1
определяется обмоткой Wia; в положительный полупериод напря-
жения U2b’ диод VI закрыт и переменное напряжение на входе 1
определяется обмоткой 1РЪ'. Напряжение такой же формы,
но сдвинутое по фазе на 180°, действует на входе 2 эле-
мента.
При повышении результирующего переменного напряжения на
любом входе выше линии Ucli входное устройство отключается
от логического элемента.
Таким образом, логический элемент открывается два раза за
период, длительность его открытия зависит от значения напря-
жения Uy и с учетом порога срабатывания элемента колеблется
примерно от 120° для полнофазного режима (£7У « 0) до 30° для
глубокого регулирования (L/y « 2£7СМ).
"Выходное устройство капала (рис. 5-2) содержит обмотку
Wsc вспомогательного трансформатора, диоды V<3, V4, токоогра-
ничивающий резистор R3 и транзисторный ключ. Обмотка
и диоды V3, V4 образуют двухполуперподный выпрямитель с
нулевой точкой. В фазные цепи выпрямителя включены управ-
ляющие электроды противофазных силовых тиристоров V5 и V6.
В диагональ выпрямителя включен токоогранйчивающий резистор
R3 и транзисторный ключ. В качестве ключа, определяющего фа-
зу включения силовых тиристоров, используется выходной тран-
зистор логического элемента. Транзистор замыкается два раза
в период. Однако управляющий импульс через каждый силовой
тиристор проходит только один раз в период, по той цепи, кото-
рая в данный полупериод находится под положительным потен-
циалом обмотки Wic- Форма импульсов рассмотренного выход-
ного устройства — отрезки синусоиды.
Отметим, что при необходимости управляющие электроды си-
ловых тиристоров могут быть включены через разделительные
импульсные трансформаторы.
Каналы фазового управления на основе транзисторных логи-
ческих элементов широко применяются в отечественных свароч-
ных выпрямителях с трехфазпым питанием типа ВДУ-504, ВДУ-
1201, ВДУ-1601, ВДГ-601 и других. Это обусловлено простотой,
56
дешевизной, помехоустойчивостью и надежностью канала и воз-
можностью приобретения при производстве канала логического
элемента в качестве комплектующего изделия.
5-5. КАНАЛ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
НА ОСНОВЕ ГЕНЕРАТОРА ПИЛООБРАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
Принцип действия канала (рис. 5-4) основан на заряде
конденсатора С2 до определенного уровня напряжения с последую-
щим его разрядом на первичную обмотку импульсного трансфор-
матора Т1.
Зарядная цепь питается трапецеидальным выпрямленным на-
пряжением, снимаемым со стабилитрона V5, включенного на вы-
Рис. 5-4. Канал фазового управления на основе генератора пилообразных на-
пряжений
ходе выпрямительного моста VI—V4. На входе выпрямительного
моста установлен балластный резистор R1 и конденсатор С1. По-
следний способствует уменьшению влияния на канал искажений
подводимого к нему синхронизированного с сетью синусоидально-
го напряжения.
Конденсатор С2 заряжается через эмиттер-коллекторный пе-
реход транзистора V13 и включенные в его эмиттерную цепь ре-
зисторы R5, R6. Максимальное напряжение заряда конденсатора
С.2 равно напряжению на резисторе R2, который с резисто-
ром R3 образует делитель напряжения. Заряд конденсатора С2
57
продолжается до тех пор, пока потенциал эмиттера транзистора
V12 не станет выше потенциала базы. После этого транзистор V12
начнет приоткрываться и его коллекторный ток, проходящий через
резистор R4 и база-эмиттерный переход транзистора VII. приот-
кроет последний. В результате этого изменяется соотношение на-
пряжений на плечах резисторного делителя R2, R3, что приводит
к дальнейшему уменьшению потенциала базы транзистора V12
по отношению к потенциалу эмиттера. Происходит лавинообраз-
ное открытие транзистора V12, и конденсатор С2 разряжается
на первичную обмотку импульсного трансформатора Т1. Обра-
зующиеся импульсы длительностью около 10 мс поступают во
вторичные обмотки трансформатора и через выравнивающие ре-
зисторы R9, R10 подаются на управляющие электроды маломощ-
ных тиристоров V9, V10. Для защиты от помех входы тиристоров
V9, V10 шунтированы 7?С-цепями (СЗ, С4\ Rll, R12).
Диод V6 служит для защиты входной цепи транзистора VII
от перенапряжений, а диод V7 препятствует образованию управ-
ляющих импульсов обратной полярности.
После разряда конденсатора С2 транзисторы VII и V12 снова
закроются и начинается повторный заряд конденсатора. Этот
процесс образования пилообразного напряжения окончится толь-
ко в конце полупериода при спаде трапецеидального напряжения
питания до нуля и снова возобновится в начале следующего по-
лупериода.
При нулевом значении питающего напряжения конденсатор
С2 полностью разряжается. Это обеспечивает синхронизацию на-
пряжения канала управления с напряжением сети и независимость
момента начала его работы в каждый последующий полупериод
от работы в предыдущем полупериоде. Число импульсов, индук-
тируемых во вторичных обмотках импульсного трансформатора
Т1, равно числу разрядов конденсатора С2. Однако тиристоры
V9 и V10 открываются первым от начала соответствующего полу-
периода импульсом и остаются включенными до конца полу пе-
риода.
Время заряда конденсатора С2 (фазовый сдвиг импульсов)
определяется значением напряжения управления на входе канала
Uy. Это напряжение, действующее на входе эмиттерного повтори-
теля на транзисторе V13, определяет ток, а следовательно, и ско-
рость заряда конденсатора С2. Входное сопротивление канала
зависит от коэффициента усиления транзистора V13 и значения
сопротивления его эмиттерной цепи.
Резистор R7 служит для ограничения входного сопротивления
канала, а стабилитрон V8 и резистор R8 — для ограничения вход-
ного сигнала управления.
Канал имеет выходное устройство, позволяющее усилить по
амплитуде и длительности импульсы управления, поступающие с
трансформатора Т1. Каждый маломощный тиристор V9 (V10)
является коммутатором в цепи, состоящей из обмотки вспомога-
тельного трансформатора Т2, токоограничивающего резистора
S3
R13 (R14) и управляющего электрода тиристора V14 (VI5), входя-
щего в силовой вентильный блок сварочного выпрямителя.
Тиристоры V9 и V10 включены в противофазные цепи, и по-
этому, несмотря на то, что импульсы с трансформатора Т1 по-
ступают на тиристоры в оба полупериода, каждый из них откры-
вается только в полупериод, когда анодное напряжение на нем
положительно. Работа канала управления иллюстрируется диа-
граммой напряжений, приведенной на рис. 5-5. Трапецеидальное
напряжение питания канала Ui
формируется из синусоидального
выпрямленного напряжения. Пи-
лообразное напряжение харак-
теризует заряд конденсатора С2.
Образованные при разряде кон-
денсатора импульсы напряжения
uz па вторичных обмотках транс-
форматора Т1 управляют момен-
том срабатывания (угол а) ма-
ломощных тиристоров V9 и V10.
Импульсы напряжения щ и
и5, управляющие противофазны-
ми силовыми тиристорами V14
и V15, поступают с обмоток вспо-
могательного трансформатора Т2
через маломощные тиристоры V9
и V10.
Рассмотренный канал фазово-
го управления нашел достаточно
широкое применение в отечествен-
ных однофазных сварочных уст-
ройствах: в источниках питания
переменного тока, в схемах при-
вода автоматов и полуавтоматов.
Однако на основе этих каналов
выполнен только один трехфаз-
ный сварочный
Рис. 5-5. Диаграмма напряжений на
элементах канала фазового управле-
ния
выпрямитель — ВДУ-305.
Это обусловлено тем,
что СФУ в трехфазном исполнении на рассмотренных каналах
оказывается проще схемы на логических элементах, но требует
создания на заводах участков изготовления печатных плат, раз-
браковки большого числа комплектующих элементов, испытаний
и настройки каналов.
5-6. ТИРИСТОРНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ
КАК ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Параметры сварочного выпрямителя можно регулировать
вручную или по заданному закону от автоматического регулятора.
Если угол регулирования в управляемом выпрямителе зада-
59
вать вручную и не изменять в процессе нагрузки, то выпрями-
тель будет работать на естественных внешних характеристиках,
приведенных для одной из схем выпрямления на рис. 3-6. Такие
характеристики могут найти в сварке очень ограниченное при-
менение, например для сварки в углекислом газе без стабилиза-
ции режима при колебаниях напряжения сети.
Рис. 5-8. Датчик выпрям-
ленного напряжения
Рис. 5-6. Структурная схема Рис. 5-7. Структурная схема
сварочного выпрямителя как автоматического регулятора
объекта автоматического регу-
лирования
В большинстве случаев возникает необходимость получения
различных внешних характеристик (жестких, полого- и круто-
падающих, с регулируемой крутизной наклона и др.), стабилиза-
ции режима при колебаниях напряжения сети, автоматического
и программного изменения тока и напряжения во времени.
Эти задачи могут быть решены, если сварочный выпрямитель
снабдить автоматическим регулятором. Автоматический регуля-
тор АР (рис. 5-6), система импульсно-фазо-
вого управления СФУ и непосредственно ти-
ристорный выпрямитель В составляют замк-
нутую систему автоматического регулиро-
вания. Нагрузкой сварочного выпрямителя
является сварочная дуга СД. Система СФУ
является исполнительным органом системы
авторегулирования.
Автоматический регулятор (рис. 5-7), в
свою очередь, состоит из датчика регули-
руемой величины Д, блока задания БЗ тре-
буемого значения регулируемой величины,
элемента сравнения ЭС и усилительного
элемента У. В сварочных выпрямителях элемент сравнения и уси-
литель обычно объединены.
Датчики напряжения и тока. В сварочных выпрямителях
обычно регулируется среднее значение выпрямленного напряже-
ния или сварочного тока. Датчик напряжения (рис. 5-8) обычно
представляет собой делитель напряжения, подключенный непо-
средственно к выходным зажимам выпрямителя (до сглаживаю-
щего дросселя).
Выходное напряжение датчика
u^=-^^ud = i<aud,
60
где kn — коэффициент передачи датчика.
Для уменьшения пульсаций выходного напряжения па выходе
делителя обычно устанавливается цепочка /?ф Сф.
Недостаточное сглаживание пульсаций напряжения, равно как
и чрезмерное увеличение постоянной времени Тф = А?фСф, приво-
дящее i; повышению инерционности системы, отрицательно ска-
зывается па процессе сварки. Поэтому параметры цепочки обыч-
но подбираются экспериментально в процессе сварочных испы-
таний выпрямителя.
Для измерения сварочного тока широко используются раз-
личные трансформаторы тока. Однако в последнее время транс-
форматоры тока начали заменяться полупроводниковыми схема-
ми на основе операционных усилителей, усиливающих сигналы,
снимаемые, с шунтов.
На рис. 5-9 приведены три схемы трансформаторных датчиков
тока. Широкое распространение получила схема (рис. 5-9, а)
трансформатора постоянного тока на базе магнитного усилителя.
Рабочие обмотки U7Pi магнитного усилителя включены встречно-
последовательно и подключены к источнику вспомогательного си-
нусоидального напряжения.
Измеряемый выпрямленный ток сварочного выпрямителя !л
протекает по обмотке управления, которая, как правило, пред-
ставляет собой шину, проходящую в окне магнитного усилителя.
При идеальной характеристике намагничивания сердечников маг-
нитного усилителя средние значения рабочего тока магнитного
усилителя /2ср и тока нагрузки выпрямителя связаны соотноше-
нием
Ш11
Лер = —- Id-
Ы’р
Для преобразования переменного тока t2 в постоянное напря-
жение датчика тока схема снабжена выпрямителем и резистором
R1. Для сглаживания пульсаций выходного напряжения Uablx ис-
пользуется 7?С-фильтр. Рассмотренный датчик тока нашел ши-
рокое применение в отечественных тиристорных сварочных вы-
прямителях на номинальные токи 315—500 А. В датчиках ис-
пользуется серийный магнитный усилитель типа ТУМ-В1-24-14 на
тороидальных сердечниках из холоднокатаной стали.
В отдельных случаях вместо выпрямленного тока измеряют
практически пропорциональный ему первичный ток выпрямителя
В. Схема такого датчика с использованием трехфазного транс-
форматора тока ТТ представлена на рис. 5-9,6.
В мощных тиристорных сварочных выпрямителях на токи
свыше КЮО А, выполненных по шестифазпоп кольцевой схеме
выпрямтепчя, нашли применение датчики тока нагрузки, пред-
став •чшные па рис. 5-9, с. Три тороидальных трехобмоточных
тР'ок'форз-атора тока 77—7'7 установлены па шипах, идущих от
вторичных обмоток св юного трансформатора к силовым тири-
сторам. Первичные обмотки каждого трансформатора тока—
61
изолированные друг от друга шины, по которым проходят встречно
токи противофазных силовых тиристоров (/В| — /в4; /в3 — /в6;
/в5 1в2)
Вторичные измерительные обмотки трех трансформаторов
тока соединены в треугольник п через вспомогательный выпрями-
тельный мост подключены к резистору R1.
Форма напряжения на выходе рассматриваемого датчика тока
получается симметричной даже при некоторой несимметрии за-
грузки силовых тиристоров [7], что положительно сказывается
па устойчивости работы сварочного выпрямителя.
Блок задания регулируемой величины. Напряжение на блоке
задания может быть неизменным во времени, иметь периодиче-
62
ски повторяющуюся пульсирующую форму или изменяться по
произвольной программе, поступающей, например, с ЭВМ.
В большинстве выпрямителей, работающих в режимах непре-
рывной сварки, блок задания (рис. 5-10) содержит источник вспо-
могательного постоянного напряжения U, кремниевый стабили-
трон VI и балластный резистор R!. Напряжение задания
устанавливается вручную вспомогательным
потенциометром R2, включенным параллель-
но стабилитрону.
В работе выпрямителей с крутопадаю-
щими характеристиками для аргонодуго-
вой и плазменной сварки на токи до 315 А
часто наряду с режимом непрерывной свар-
ки предусматривается режим сварки пуль-
сирующей дугой: сварочный ток периоди-
чески меняет свой уровень — импульс чере-
дуется с паузой. Для получения такого то-
ка блок задания снабжается двумя потен-
циометрами задания, которыми раздельно
Рис. 5-10. Блок задания
выпрямителя. работаю-
щего в режимах непре-
рывной сварки
оператор устанавливает напряжения зада-
ния U3. и, Дз.п. определяющие ток во время импульса и во время
паузы. Переключение потенциометров осуществляется специаль-
ными схемами, содержащими мультивибратор, который одновре-
менно задает длительность импульса п паузы.
Одна из возможных принципиальных схем такого блока за-
дания представлена на рис. 5-11. Мультивибратор МВ имеет два
Рис. 5-11. Блок задания выпрямителя для сварки пульсирующей дугой
вывода а и б. Когда мультивибратор находится в первом устой-
чивом состоянии, соответствующем, например, импульсу тока, по-
тенциал вывода а отрицателен, а потенциал вывода б близок к
нулю. В другом устойчивом состоянии, соответствующем паузе,
потенциалы выводов мультивибратора меняются местами. Устой-
чивые состояния мультивибратора чередуются во времени. Вре-
мя его пребывания в каждом состоянии — время импульса и пау-
зы— поддается регулированию в широких пределах.
63
В первом устойчивом состоянии («импульс») отрицательный
потенциал вывода и открывает триод V4. Триод V4 насыщен,
потенциал его коллектора п базы триода V2 близок к нулю.
Триод V2 закрыт и совместно со своим эмпттерпым резистором
R2 в работе не участвует. Триод V3 закрыт нулевым потенциа-
лом точки б мультивибратора, ток в его цепи отсутствует. По
базе триода VI через резистор R4 проходит ток, достаточный
для его насыщения. Триод VI открыт, и напряжение задания
(Л. и потенциометра R1 определяет значение тока импульса.
При другом устойчивом состоянии мультивибратора подклю-
чен потенциометр R2 и напряжение задания U3. п определяет ток
паузы.
Напряжения задания UH,3 и U3. п через разделительные диоды
V5 п V6 суммируются во времени на резисторе R3 и поступают
па элемент сравнения как результирующее напряжение блока
задания U3. р.
Следует отметить, что наряду с блоками задания, в которых
напряжение задания изменяется во времени, существуют блоки,
в которых напряжение задания не остается постоянным, а изме-
няется в зависимости от какого-либо параметра сварочного вы-
прямителя.
Например, в сварочных выпрямителях с обратной связью по
напряжению характеристика получается жесткой; однако, если
в напряжение задания ввести составляющую, пропорциональную
току нагрузки, в зависимости от знака этого сигнала характе-
ристики могут стать пологопадающими или возрастающими.
Элемент сравнения. Основные сведения об операционных уси-
лителях. В элементе сравнения происходит суммирование (вычи-
тание) сигналов, поступающих с блока задания и датчика регу-
лируемой величины. Усиленный сигнал рассогласования посту-
пает на вход фазосдвпгающего устройства. В качестве элемента
сравнения — усилителя — часто используют транзисторы или
транзисторные усилители. На вход транзистора поступает либо
разность сравниваемых напряжений, либо разность токов, про-
порциональных каждому из этих напряжений. Недостаток таких
устройств — большой разброс коэффициентов усиления.
В последние годы как элементы сравнения начали использо-
ваться операционные усилители (ОУ). Современный операцион-
ный усилитель [24] является полупроводниковой интегральной
схемой и представляет собой усилитель постоянного тока с дву-
мя дифференциальными, равноправными по электрическим пара-
метрам входами п двухтактным (двухпотярным по амплитуде
сигнала) выходом.
ОУ в интегральном исполнен'” пме.ч внесли собств'.чный
коэффициент усиления (до 100 тБ). высокое вхо щое п низкое
выходное сопротивления, широт vio полосу пропускания (до
100 МГц), высокую надежность, малые мбариты ц низкую стои-
мость. ОУ обладают удовлетворительными дреГф овыми парамет-
рами и могут работать в широком диапазоне температур (от
64
—60°С до +125°C). В настоящее время в СССР наибольшее
распространение получили интегральные ОУ серий 140 п 153,
начинается внедрение более совершенных ОУ серий 544 и 574.
На рис. 5-12 представлена эквивалентная схема операционного
Неинвертирующий
вход
Инвертирующий
вход
Рис. 5-12. Эквивалентная схема операционного усилителя
усилителя. Усилитель имеет два входа, позволяющие создать
схемы с инвертированием и без инвертирования входного сигна-
ла. При дифференциальном включении сигналы подаются па
оба входа. В идеальном ОУ входное сопротивление Ra/.—r<x^ а
выходное Rbmx ® 0. Значение ЭДС генератора E-k^U^ показы-
вает, что ОУ усиливает сигнал на входе Двх в k0 раз. Штрихо-
выми линиями на рис. 5-12 показаны сопротивления между вхо-
дами усилителя и землей, а также нагрузочный резистор Rti.
Рис. 5-13. Операционный усилитель с ООС по напряжению (и) и элемент
сравнения на операционном усилителе (б) с инвертированием сигнала рассо-
гласования
Большой собственный коэффициент усиления k0 ОУ, большое
входное и малое выходное сопротивления позволяют, используя
цепи отрицательной обратной связи (ООС), реализовать требуе-
мую передаточную функцию с высокой точностью. Численное зна-
чение этой функции определяется только параметрами элементов
цепи ООС и не зависит от технологических разбросов электриче-
ских параметров ОУ (от экземпляра к экземпляру) и их неста-
бильности.
На рис. 5-13, а показана схема ОУ с ООС по напряжению.
Цепь обратной связи усилителя юстонт из резистивного делителя
65
Rl, R2, имеющего коэффициент передачи
k =- - <1
11 /? + Rz
Сигнал обратной связи пропорционален выходному напряже-
нию на нагрузке:
U О.С == ВЫХ-
Входное напряжение
U вх == U о.с = ^п^вых,
где t/c — напряжение усиливаемого сигнала.
Учитывая, что — kaUBIi = k0(Uc — knUaux), можем запи-
сать формулу для коэффициента усиления усилителя с замкну-
той петлей ООС:
Ь* С 8Ь1Х k j
У с 1 + А’п
Если k0 велико, то /г* « 1//гп — 1 + R2/R1, т. е. практически не
зависит от собственного коэффициента усиления ОУ и от его
нестабильности.
Дифференциальное включение ОУ позволяет использовать его
как усилитель рассогласования между заданным значением сиг-
нала с блока задания U3 и значением сигнала с датчика регу-
лируемого параметра (например, с токового шунта — U[n).
На рис. 5-13,6 представлена схема дифференциального вклю-
чения ОУ с инвертированием сигнала рассогласования Up —
= U3 — иш. Если ОУ используется только для усиления сигнала
шунта, второй вход замыкается через резистор на землю.
Мощность сигнала на выходе интегрального операционного
усилителя обычно небольшая (0,025—0,05 Вт). Поэтому ОУ без
дополнительных усилителей могут использоваться только в схе-
мах управления тиристорными сварочными выпрямителями, по-
строенных на элементах микроэлектроники. Такие схемы в на-
стоящее время находятся в стадии разработки.
Влияние коэффициента усиления регулятора на точность ста-
билизации выходных параметров сварочного выпрямителя. В тео-
рии автоматического регулирования [14] отклонение регулируе-
мой величины (например, выпрямленного напряжения Ua) под
воздействием возмущения (наброс нагрузки, изменение напряже-
ния сети и др.) называют статической ошибкой регулирования.
Известно, что если в разомкнутой системе (без автоматиче-
ского регулятора) эта ошибка составляет то в замкнутой
системе она (ДСФ3) уменьшается в (1 + &т&р) раз:
где /гт — коэффициент передачи тиристорного выпрямителя; kp —
коэффициент передачи автоматического регулятора — произведе-
66
ние коэффициентов передачи всех его звеньев: элемента сравне-
ния, усилителя, СФУ.
Увеличение произведения /гт/гр способствует повышению точ-
ности регулирования, однако может привести к потере статиче-
ской устойчивости системы.
Повышению статической устойчивости системы способствуют
специальные средства стабилизации — корректирующие звенья.
Наиболее эффективными являются звенья, дающие сигналы по
производной от отклонения регулируемой величины. Такие коррек-
тирующие /?С-звенья помогают «предвидеть» развитие процесса,
т. е. производить регулирование в зависимости от того, будет ли
регулируемая величина в следующие моменты возрастать или убы-
вать, а также учитывать скорость ее изменения.
Наличие корректирующих 7?С-звеньев позволяет уменьшить
инерционность и статическую ошибку регулирования при сохра-
нении статической устойчивости системы.
Основной трудностью, с которой приходится сталкиваться в
процессе проектирования тиристорного сварочного выпрямителя,
является отработка его динамических сварочных характеристик.
Здесь также решающую роль играют корректирующие /?С-звенья.
От точности расчета элементов автоматического регулятора и
подбора корректирующих звеньев во многом зависят сварочные
свойства выпрямителей. Ввиду сложности и многообразия свароч-
ных процессов отработка динамических сварочных характери-
стик производится в настоящее время экспериментально на ма-
кетах сварочных выпрямителей.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
Промышленные сварочные выпрямители
6-1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
В настоящее время отечественная промышленность вы-
пускает широкую номенклатуру сварочных выпрямителей раз-
личной мощности и назначения.
Выпрямители выпускаются на токи от 100 до 1600 А, с кру-
топадающими, жесткими и универсальными характеристиками,
для ручной механизированной и автоматической сварки, на не-
управляемых вентилях и на тиристорах.
Наряду с однопостовыми источниками выпускаются и много-
постовые выпрямители для питания нескольких сварочных по-
стов.
Отдельные выпрямители для механизированной сварки пред-
назначены для комплектации сварочных полуавтоматов
67
унифицированной серии, работающих без промежуточного шкафа
управления. Эти выпрямители оборудованы нишей для установки
блока управления полуавтомата и снабжены дополнительным
трансформатором для питания этого блока.
Кроме выпрямителей общего применения, в промышленности
получили распространение и специализированные комплексные
устройства постоянного тока, предназначенные для аргонодуго-
вой и плазменной сварки, импульсно-дуговой и других видов
сварки.
6-2. ОДНОПОСТОВЫЕ СВАРОЧНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Выпрямители с крутопадающими внешними характери-
стиками для ручной дуговой сварки. Номенклатура и основные
параметры выпрямителей приведены в табл. 6-1. Выпрямители
ВД-201 и ВД-306 (рис. 6-1) находятся в стадии освоения серийного
производства и заменят выпрямитель ВД-301. Выпрямители ВД-201,
ВД-306 (ВД-301) имеют механическую систему регулирования сва-
Таблица 6-1
Наименование параметров Тип выпрямителя
ВД-201 ВД-306 ВД-502
Климатическое исполнение,
категория размещения .... УЗ
Режим работы ПН = 60%
Цикл сварки, мин 5 10
Номинальный сварочный
ток, А 200 315 500
Номинальное рабочее на-
пряжение. В 28 32,6 40
Пределы регулирования сва-
рочного тока, А 30-200 45-315 50-500
Первичная мощность, кВ А 15 24 42
КПД, %, не менее 57 70 69
Степень защиты 1Р22 1Р21
Габариты, мм 622X696X775 764X735X772 550Х805ХЮ62
Масса, кг, не более .... 120 165 370
ровного тока, их основу составляет трансформатор с подвиж-
ными катушками.
Выпрямители выполнены по трехфазной мостовой схеме вы-
прямления на кремниевых диодах VI—V6 (рис. 6-2).
Регулирование тока плавно-ступенчатое: ступени малых токов
соответствует соединение первичных Т1-1 и вторичных Т1-2 обмо-
ток трансформатора Т1 в звезду (А/Д \ ступени больших токов —
соединение в треугольник (Д/Д). Одновременное переключение
первичных и вторичных обмоток со звезды на треугольник произ-
водится переключателем Q.
68
Катушки вторичной обмотки трансформатора неподвижные и
закреплены у верхнего ярма мапштопровода, катушки первич-
ной обмотки — подвижные. Перемещение катушек производится
ходовым винтом вручную.
Выпрямитель ВД-306
снабжен защитой, отклю-
чающей его от сети при
выходе из строя одного из
вентилей выпрямительного
блока или пробое па кор-
пус вторичной обмотки
трансформатора. Защита
состоит из магнитного уси-
лителя А, вспомогательно-
го трансформатора Т2 п
электромагнитного реле
Л’2 с катушкой перемен-
ного тока.
Рабочие обмотки маг-
нитного усилителя соеди-
нены параллельно. Его об-
мотками управления яв-
ляются два фазных про-
вода, соединяющие си-
ловой трансформатор с
Рис. 6-1. Выпрямитель ВД-306
блоком вентилей и проходящие через окно тороидального сердеч-
ника усилителя. Переменный ток, проходящий по фазным прово-
дам, не насыщает сердечники усилителя. В аварийных режимах
Рис. 6-2. Упрошенная принципиальная схема выпрямителя ВД-306
при появлении в фазном токе постоянной составляющей сердеч-
ники усилителя насыщаются, реле Л’2 срабатывает п самоблокиру-
ется, выпрямитель отключается от сети магнитным пускателем Л'/.
69
На рис. 6-3 показаны внешние характеристики выпрямителя
ВД-306.
В выпрямителе ВД-502 регулирование сварочного тока произ-
водится дросселями насыщения. Выпрямитель стабилизированный:
установленный сварочный ток поддерживается с точностью 2,5%
Рис. 6-3. Внешние характеристики вы-
прямителя ВЛ-306
/-/' — диапазон больших токов; 2-2' —диапа-
зон малых токов
при повышении напряжения
сети на 5% и с точностью
5% — при понижении напряже-
ния сети на 10%.
Выпрямители с жесткими
внешними характеристиками
для механизированной сварки
в среде углекислого газа. Вы-
прямители (табл. 6-2) предна-
значены для комплектации сва-
рочных полуавтоматов унифи-
цированной серии.
Выпрямитель ВДГ-302 (рис.
6-4) выполнен на неуправля-
емых кремниевых диодах. Ре-
гулирование напряжения в вы-
прямителях плавно-ступенча-
тое. Ступенчатое регулирование производится путем изменения ко-
эффициента трансформации силового трансформатора Т1 (рис. 6-5),
Таблица 6-2
Наименование параметров Тип выпрямителя
ВДГ-302 ВДГ-601
Климатическое исполнение, категория раз- мещения УЗ У4
Режим работы пв = = 60%
Цикл сварки, мин 0
Номинальный сварочный ток, А 315 630
Номинальное рабочее напряжение, В . . . 40 66
Пределы регулирования: сварочного тока. А 50-315 100-700
рабочего напряжения, В 16-40 18-66
Первичная мощность, кВ А 20 69
КПД, %, не менее 75 82
Степень зашиты 1Р22
Габариты, мм 748ХЮ15Х953 900Х1250ХП25
Масса, кг, не более 275 570
плавное регулирование в пределах каждой ступени — дросселем
насыщения L1.
Соединению первичных обмоток в треугольник с использова-
нием отводов соответствует первая ступень регулирования рабо-
чего напряжения (большие напряжения), соединению обмоток в
70
треугольник — вторая ступень регулирования, соединению обмоток
с использованием отводов в звезду — третья ступень регулиро-
вания.
Переключение обмоток производится пакетно-кулачковым пе-
реключателем Q2 на три рабочих положения.
Дроссель насыщения с самоподмагничпванием выполнен на
шести витых разрезных магнитопроводах. На каждом магннтолро-
воде расположены рабочие обмотки дросселя; объединенные по-
парно магнитопроводы охватываются катушками обмотки управ-
ления. В каждой катушке име-
ются две секции: секция непо-
средственно обмотки управле-
ния п секция обмотки смеще-
ния. Секции всех трех кату-
шек соединены последователь-
но. образуя обмотку управле-
ния ОУ и обмотку смещения
ОС дросселя насыщения.
Обмотка смещения дроссе-
ля насыщения питается от вто-
ричных обмоток силового тран-
сформатора через трехфазный
выпрямитель V7 и токоогранш
чивающий резистор.
Обмотка управления дрос
селя питается от перекомпен-
сированпого феррорезонапсно-
го стабилизатора напряжения
СИ через диодный мост V8 и
регулировочный резистор R1.
При понижении напряжения
сети напряжение на выходе
стабилизатора и ток в обмотке
Рис. 6-4. Выпрямитель ВДГ-302 в комп-
лекте с полуавтоматом для сварки в за-
щитных газах ПДГ-305
управления увеличиваются, способ-
ствуя поддержанию режима сварки.
Выпрямительный блок VI — V6 состоит из шести кремниевых
диодов В-200, собранных по трехфазной мостовой схеме; после-
довательно с диодами включены рабочие обмотки дросселя насы-
щения.
Сглаживающий дроссель L2 позволяет ступенчато изменять
индуктивность в сварочной цепи; включению полного дросселя со-
ответствует индуктивность примерно 500 мкГн, индуктивность дрос-
селя при включении на отвод около 150 мкГн.
Выпрямитель снабжен магнитным пускателем К1, быстродей-
ствующим автоматом Q1, приборами РА, PV и другой аппарату-
рой.
Внешние характеристики выпрямителя ВДГ-302 приведены на
рис. 6-6.
Выпрямитель ВДГ-601 выполнен на управляемых кремниевых
вентилях — тиристорах Т-320 —но кольцевой схеме выпрямления.
Основу системы фазового управления составляют логические эле-
менты Т-404.
Выпрямитель ВДГ-601— двухрежимный, т. е. может быть за-
ранее настроен на два режима работы. Малый режим может быть
использован для сварки в вертикальном положении и для заварки
кратера, большой — для высокопроизводительной сварки в ниж-
нем положении. Переход с одного режима на другой сопровож-
дается изменением скорости подачи проволоки на двухрежимном
Рис. 6-5. Упрощенная принципиальная схема выпрямителя ВДГ-302
сварочном полуавтомате ПДГ-601 и изменением индуктивности в
сварочной цепи выпрямителя.
Выпрямитель ВДГ-601 стабилизированный: при изменении на-
пряжения сети от -1-5 до —10% номинального рабочее напряжение
поддерживается с точностью ±1 В в диапазоне рабочих напря-
жений 18—50 В и с точностью ±1,5 В в диапазоне рабочих на-
пряжений 50—66 В.
Универсальные сварочные выпрямители серии ВДУ. Универ-
сальные тиристорные сварочные выпрямители серии ВДУ (табл. 6-3)
имеют жесткие и падающие внешние характеристики, обеспечивают
плавное регулирование напряжения п тока, стабилизацию режима
при колебаниях напряжения сети, дистанционное регулирование.
Выпрямители работают при принудительном воздушном охлаж-
дении.
Выпрямители передвижные ВДУ-305, ВДУ-504 и ВДУ-504-1
предназначены для механизированной сварки сталей в среде уг-
лекислого газа и под флюсом п для ручной дуговой сварки штуч-
72
73
ними электродами. Выпрямители ВДУ-504-1 используются для
комплектации унифицированных сварочных полуавтоматов для ме-
ханизированной сварки.
Выпрямители стационарные ВДУ-1201 (рис. 6-7) и ВДУ-1601
предназначены для автоматической сварки черных и цветных ме-
таллов и сплавов в среде защитных газов и под флюсом на авто-
матах с зависимом и независи-
мой от напряжения дуги ско-
ростью подачи электродной про-
волоки.
Рис. 6-7. Универсальный выпрямитель
ВДУ-1201
Рис. 6-6. Внешние характеристики вы-
прямителя ВДГ-302 для трех ступе-
ней регулирования (/, 2, 3) при но-
минальном токе управления (сплош-
ные кривые) и отсутствии тока уп-
равления (штриховые кривые)
Выпрямители ВДУ-305, ВДУ-504, ВДУ-504-1 выполнены по
шестифазной схеме выпрямления с уравнительным реактором на
штыревых теристорах Т-160.
Выпрямители ВДУ-1201, ВДУ-1601 собраны по шестифазной
кольцевой схеме выпрямления на таблеточных тиристорах Т-500.
Система фазового управления тиристорами в выпрямителях
ВДУ-504, ВДУ-504-1, ВДУ-1201, ВДУ-1601 выполнена по принци-
пу «вертикального» управления с использованием транзисторных
логических элементов, основу системы фазового управления в вы-
прямителе ВДУ-305 составляют генераторы пилообразного напря-
жения.
Принцип работы тиристорных сварочных выпрямителей пояс-
ним на примере выпрямителя ВДУ-504, упрошенная схема которого
представлена на рис. 6-8.
Силовой трансформатор Т1 имеет две группы вторичных обмо-
ток Т1-2, соединенных в две трехфазные звезды через уравнитель-
ный дроссель L1. Выпрямительный блок БВ содержит шесть тири-
сторов VI — V6 типа Т-160. В цепи постоянного тока установлен
сглаживающий дроссель L2.
74
Рис, б-b. Упрощенная принципиальная электрическая схема выпрямителя
ВДУ-504
75
Первичные обмотки трансформатора Т1-1 переключателем Q2
могут быть соединены в треугольник или звезду. Обмотки соеди-
нены в треугольник при работе выпрямителя на падающих внеш-
них характеристиках п в диапазоне больших рабочих напряжении
при жестких внешних характеристиках. Обмотки соединены в
звезду при работе выпрямителя в диапазоне малых рабочих на-
пряжении при жестких внешних характеристиках.
Выпрямитель ВДУ-504 оборудован магнитным пускателем Д7,
быстродействующим автоматом Q1, двигателем вентилятора М,
амперметром РА, вольтметром PV и другой аппаратурой. Вклю-
чение сварки п регулирование сварочного тока и рабочего напря-
жения производятся с пульта дистанционного управления.
Система фазового управления тиристорами состоит из следую-
щих основных узлов: входного устройства, фазосдвпгающего уст-
ройства и выходного устройства.
Входное устройство содержит обмотки трансформатора управ-
ления Т2-2, диоды и резисторы. Части обмоток между нулевой
точкой и отводами образуют шестифазную звезду и обеспечивают
шестифазное, синхронизированное с сетью опорное напряжение.
Оставшиеся части обмоток, диоды и резисторы ограничивают вре-
мя действия опорного напряжения в схеме фазового управления.
Фазосдвигающее устройство изменяет фазу управляющих им-
пульсов относительно фазы напряжения сети.
Напряжение управления (7У снимается с одного из плеч (R4)
делителя напряжения на резисторах R4, R5 и регулируется в диа-
пазоне от 0 до 30 В подключенным параллельно резистору R4
транзистором V7.
Напряжению управления йу й 0 соответствует полнофазное
открытие силовых тиристоров и максимальное напряжение на
выходе сварочного выпрямителя, напряжению управления Uy ш
« 30 В — практически полное закрытие силовых тиристоров и низ-
кое напряжение на выходе выпрямителя.
Постоянное напряжение смещения UCK поступает с обмотки
трансформатора Т2-3 и позволяет расширить диапазон регулиро-
вания фазы управляющих импульсов без изменения полярности
и а п р я ж е н и я у п р а в л е н и я.
В цепи базы транзистора V7 действуют два напряжения: ста-
билизированное напряжение задания U3 и включенное встречно
напряжение обратной связи.
При работе на падающих внешних характеристиках (переклю-
чатель Q3 в положении 2) действует обратная связь по току на-
грузки. В качестве датчика тока используется магнитный усили-
тель А4, работающий в режиме усилителя постоянного тока. Про-
порциональное току нарузки, частично сглаженное выпрямленное
напряжение t/T снимается с резисторов R2, R3.
При отсутствии тока в сварочной цепи напряжение (7, отсут-
ствует, ipaii.'nicTop полностью открыт и насыщен током задания,
напряжение Uy близко к нулю. Силовые тиристоры полностью от-
крыты.
76
Рис. 6-9. Внешние характеристики выпрями-
теля ВДУ-504
Штриховые кривые —диапазон малых рабочих на-
пряжений
необходимой динамики системы. Од-
При увеличении сварочного чока сигнал обратной связи по току
UT возрастает, однако напряжение LR не меняется до тех пор, пока
транзистор V7 не выйдет из режима насыщения; силовые тири-
сторы по-прежнему полностью открыты.
При дальнейшем возрастании сварочного тока транзистор V7
выходит из режима насыщения, напряжение Uy увеличивается, фа-
зовый угол открытия тири-
сторов уменьшается, напря-
жение на выходе выпрями-
теля снижается.
При работе на жестких
внешних характеристиках
(переключатель Q3 в поло-
жении /) вводится обрат-
ная связь по напряжению
нагрузки. Напряжение об-
ратной связи UH поступает
на транзистор V7 с выход-
ных зажимов выпрямителя
(до сглаживающего дроссе-
ля L2) через резистор R1.
Сглаживание сигнала об-
ратной связи производится
цепочкой RC, параметры
которой подобраны с учетом
повременно с обратной связью по напряжению действует неболь-
шая обратная связь по току, снимаемая с резистора R2 и позво-
ляющая задать необходимый наклон жестких внешних характе-
ристик.
Таблица 6-4
Отклоне- ние напряже- ния сети от номи- нального, % Точность стабилизации
рабочего напряжения при жестких характеристиках сварочного тока при падающих характеристиках
ВДУ-305 ВДУ-504 ВДУ-504-1 ВДУ-1201 ВДУ-16П В ДУ-395 ВДУ-504 ВДУ-504-1 ВДУ-1201 ВДУ-1601
+ 5 ±2,5% ±1В ±1В ±2,5% ±3% ±2,5%
-5 — — ±1В — ±2,5%
-10 ±5% ±1В — ±5% ±5% —
Выходное устройство, осуществляющее формирование и усиле-
ние управляющих импульсов, состоит из трех полупроводнико-
вых усилителей А1—АЗ — логических элементов типа Т-404, об-
моток трансформатора Т2-4, диодов и токоограничпвающпх рези-
сторов R6 - R8. Обмотки трансформатора 12-4 и диоды образуют
двухполупериодные выпрямители с нулевыми точками. В фазные
77
цепи каждого выпрямителя включены управляющие электроды
двух противофазных силовых тиристоров выпрямительного бло- i
ка БВ.
В диагональ каждого выпрямителя включены токоограничиваю- j
щий резистор и транзисторный ключ — выходной транзистор логи- !
ческого элемента.
На вход каждого элемента А1— АЗ поступает сигнал с двух
противофазных цепей входного устройства и с общего для всех
усилителей фазосдвигающего устройства.
Под действием результирующего входного сигнала каждый
элемент включается два раза в период, замыкая цепь своего двух-
полупериодного выпрямителя. При этом управляющий импульс
проходит через каждый силовой тиристор только один раз в период
по той цепи, которая в данный полупериод находится под поло-
жительным потенциалом обмотки трансформатора Т2-4.
Внешние характеристики выпрямителя ВДУ-504 показаны на
рис. 6-9.
В табл. 6-4 приведены данные, характеризующие точность ста-
билизации выходных параметров выпрямителей ВДУ при колеба-
ниях напряжения сети.
6-3. МНОГОПОСТОВЫЕ СВАРОЧНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Выпрямители для ручной и механизированной сварки с
реостатным регулированием режима поста. Многопостовые сва-
рочные выпрямители (табл. 6-5) предназначены для одновремен-
Рис. 6-10. Выпрямитель ВДМ-1001
ного питания выпрямленным током
через балластные реостаты не-
скольких сварочных постов при
ручной сварке штучными элек-
тродами (ВДМ-1001 — рис. 6-10,
ВДМ-1601) и при механизированной
сварке в среде углекислого га-
за (выпрямители серии ВДГМ —
рис. 6-11).
Выпрямители собраны по ше-
стифазной кольцевой схеме выпрям-
ления и рассчитаны на продолжи-
тельный режим работы.
В выпрямителях ВДМ установ-
лены неуправляемые кремниевые
диоды В-200 по два (ВДМ-1001)
или по три (ВДМ-1601) параллель-
но в каждом плече.
Выпрямители ВДМ нестабилизированные, однако в них преду-
смотрена возможность повысить вторичное напряжение на 5%,
чтобы получить поминальное выпрямленное напряжение при пони-
женном напряжении сети.
В выпрямителях серии ВДГМ использованы тиристоры Т-500.
78
79
Рис. 6-11. Выпрямитель ВДГМ-1602-1 в ком-
плекте с балластным реостатом и дросселем
По силовой схеме и системе фазового управления выпрямители
унифицированы с выпрямителями ВДУ-1201, ВДУ-1601.
Выпрямители ВДГМ обеспечивают постоянство выпрямленно-
го напряжения с точностью ±1 В как при изменении нагрузки,
так и при колебаниях напряжения сети в диапазоне от -j-5 до
—5% номинального.
Многопостовые выпрямители оборудованы пускорегулирующей
и защитной аппаратурой. Предусмотрена возможность параллель-
ной работы однотипных
выпрямителей.
В комплект поставки
выпрямителей входят бал-
ластные реостаты и сгла-
живающие дроссели, но-
менклатура и число рео-
статов и дросселей при-
ведены в табл. 6-5.
Универсальные тирис-
торные выпрямители с
безреостатным регулиро-
ванием режима поста.
Многопостовые свароч-
ные выпрямители серии
ВДУМ (табл. 6-6) пред-
назначены для одновре-
менного питания несколь-
ких сварочных постов при
ручной дуговой сварке
штучными электродами и
при механизированной
сварке в среде углекис-
лого газа.
Выпрямители ВДУМ
универсальные и имеют
жесткие и падающие внешние характеристики.
Выпрямитель ВДУМ-4Х401 (рис. 6-12) рассчитан на питание
четырех, а выпрямитель ВДУМ-2Х301 —двух сварочных постов.
Основные узлы сварочных выпрямителей: силовой трансформатор,
блок силовых тиристоров, блоки управления, пускорегулирующая
и защитная аппаратура.
Силовой трансформатор служит для одновременного питания
всех сварочных постов. Тиристорный блок содержит несколько (по
числу постов) автономных схем выпрямления. Каждый блок уп-
равления обеспечивает работу только одного сварочного поста.
На блоках управления установлена система импульсно-фазо-
вого управления тиристорами поста, унифицированная по своей
структуре со схемой ВДУ-504. На лицевой панели блока установ-
лены; переключатель вида внешних характеристик (жесткие, кру-
топадающие), амперметр и вольтметр.
80
Таблица 6-6
Климатическое исполне-
ние, категория размещения
Число сварочных постов
Режим работы поста , .
Цикл сварки, мип . . .
Номинальный сварочный
ток поста, А............
Номинальное рабочее на-
пряжение поста, В . . , ,
Пределы регулирования:
сварочного тока, А . .
рабочего напряже-
ния. В..................
Коэффициент одновре-
менности включения сва-
рочных постов ..........
Первичная мощность,
кВ А..................
КПД, %, не менее . . .
Степень защиты . . . .
Габариты, мм..........
Масса, кг.............
УЗ
4 | 2
ПН = 60%
10
400
36 45
100-400
315
32,6 38
80-315
24-36 18-45 23,2-32,6 18-38
0,75
100
75
1Р22
825X1150X1300
850
1,0
50
1150X700X900
430
Рис. 6-12. Выпрямители ВДУМ-4Х401
51
В выпрямителях использованы тиристоры типа Т-160; схемы
выпрямления — шестифазная нулевая (ВДУМ-4Х401) или двой-
ная кольцевая (ВДУ1\4-2Х 315).
Охлаждение трансформатора и тиристоров — воздушное при-
нудительное.
Дистанционный пульт управления каждого поста содержит по-
тенциометр для регулирования сварочного тока при падающих ха-
рактеристиках или рабочего напряжения при жестких внешних
характеристиках и переключатель для включения и выключения
сварочного поста.
Выпрямители содержат автоматический выключатель и кон-
такторы, единые для всех сварочных постов в первичной цепи си-
лового трансформатора.
6-4. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ УСТАНОВКИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Основные технические данные специализированных уста-
новок приведены в табл. 6-7.
Установка УДГ-101 для ручной аргонодуговой сварки нержа-
веющих сталей. Сварка производится вольфрамовым электро-
дом на постоянном токе прямой и обратной полярности в непре-
рывных режимах.
Таблица 6-7
Наименование параметров Тип установки
УДГ-101 АП-5М УПС-301 ВДГИ-301
Климатическое исполне-
ние, категория размещения У4 УЗ
Режим работы пн — 60%
Продолжительность дик-
ла сварки, мин 10 5
Номинальный сварочный
ток, А 50 80 315
Номинальное рабочее на-
пряжение, В 12 40 30
Пределы регулирования:
сварочного тока, А . . 2-80 1,5-100 25-315 40-315
рабочего иапряже-
ния, В 12 10-14 18-40 10-35
Напряжение холостого
хода, В, ие более 70 60 80 —
Первичная мощность,
кВ-А 7,0 4,5 30 13
КПД, %, не менее . . . 35 — 70 —
Степень защиты .... 1Р12 1Р11 1Р22 1Р12
Габариты, мм 940Х650Х 560Х 600Х 634Х975Х 748ХЮ15Х
Х905 Х980 Х760 Х953
Масса, кг, не более . . . 290 130 350
82
Установка передвижная, состоит из шкафа управления, пульта
дистанционного управления и горелки. Структурная схема уста-
новки приведена на рис. 6-13. Дроссель насыщения ДН, включен-
ный во вторичной цепи силового трехфазного трансформатора Т,
обеспечивает получение крутопадающих внешних характеристик
и плавное регулирование тока в двух диапазонах — при параллель-
ном и последовательном соединении рабочих обмоток дросселя.
Блок селеновых вентилей БВ собран по трехфазной мостовой схе-
ме. Сглаживающий дроссель L способствует ликвидации бросков
тока при зажигании дуги.
Задание сварочного тока (37') производится резистором в цепи
управления дросселя насыщения; узел заварки кратера УЗК на
Рис. 6-13. Структурная схема установки УДГ-101
конденсаторах и резисторах обеспечивает плавное спадание сва-
рочного тока в конце сварки.
Установка оборудована осциллятором (блок поджигания дуги
БП), переключателем полярности ПП, ножной педальной кнопкой
включения сварочного тока, амперметром, вольтметром, газовым
клапаном, ниппелями для подключения воды и газа.
Подача аргона начинается за 1—2 с до начала сварки и пре-
кращается через 10 с после ее окончания. Пульт дистанционного
управления может находиться на расстоянии 10 м от шкафа, на
пульте установлены резисторы для регулирования сварочного тока
и времени заварки кратера, переключатель диапазонов сварочного
тока, кнопки проверки работы газового клапана и осциллятора.
В комплект установки входит водоохлаждаемая горелка со
сменными цангами для электродов диаметром от 0,5 до 2 мм.
Аппарат полупроводниковый АП-5М для аргонодуговой и
плазменной сварки черных и цветных металлов и сплавов. Раз-
работчик— Институт электросварки имени Е. О. Патона АН УССР
[13]. Сварка производится неплавящимся электродом на постоян-
ном непрерывном или импульсном токе прямой и обратной поляр-
ности. Аппарат состоит из шкафа управления, пульта дистанцион-
ного управления, водоохлаждаемых аргонодуговой и плазмен-
ной горелок. Согласно структурной схеме (рис. 6-14), источник
83
питания содержит силовой трансформатор Т и дроссель насыщения
ДН. Блок вентилей БВ собран по трехфазной мостовой схеме на
кремниевых диодах В-200, рабочие обмотки дросселя насыщения
включены в анодные цепи вентилей.
В сварочную цепь последовательно с дугой включен блок тран-
зисторов БТ. Соединенные параллельно мощные транзисторы
являются регуляторами, стабилизаторами и импульсными моду-
ляторами сварочного тока. Сварочный ток регулируется плавно из-
менением тока базы транзисторов. Узел задания тока УЗТ связан
с генератором прямоугольных импульсов ГД и с узлом заварки
кратера УЗК.
Генератор импульсов позволяет модулировать сварочный ток
по амплитуде и длительности импульса. Регулирование длительно-
Рис. 6-14. Структурная схема установки АП-5М
сти как импульса, так и паузы ступенчатое (20 ступеней), дли-
тельность импульса и паузы может устанавливаться в пределах
0,03—0,6 с. Значение сварочного тока поддерживается постоянным
при изменении длины дуги и напряжения сети. При этом во из-
бежание перегрева транзисторов введена обратная связь, поддер-
живающая на транзисторном блоке минимальное напряжение эмит-
тер— коллектор — порядка 2,5—3 В, необходимое для работы
транзисторов в режиме стабилизаторов тока. Заварка кратера
производится в непрерывном и в импульсном режимах, время
заварки кратера регулируется плавно в интервале 0—30 с.
Аппарат оборудован блоком поджигания дуги БП, переключа-
телем полярности ПП, вспомогательным источником тока (1,2 А,
70 В)—блоком дежурной дуги БДД, газовым клапаном, работа-
ющим по заданному временному циклу.
Включение аппарата, регулирование амплитуды и длительности
тока импульса производятся с пульта дистанционного управления.
Установка У ПС-301 для аргонодуговой и плазменной сварки
цветных и черных металлов и сплавов. Сварка выполняется не-
плавяшимся вольфрамовым электродом на постоянном токе пря-
мой и обратной полярности. На токе прямой полярности произво-
64
днтся сварка меди и ее сплавов и нержавеющих сталей, на токе об-
ратной полярности — сварка алюминия и его сплавов.
Установка УПС-301 выполнена на базе выпрямителя ВДУ-305
специальной модификации и предназначена для ручной сварки в
непрерывном и в импульсном режимах.
Установка УПС обеспечивает; возбуждение дежурной дуги элек-
трод — сопло при помощи осциллятора, возбуждение основной
дуги между электродом плазмотрона и изделием, плавное нара-
стание сварочного тока после возбуждения основной дуги, плав-
ное снижение сварочного тока в режиме заварки кратера, работу
газового клапана по заданному временному циклу.
Толщины материалов, свариваемых за один проход установкой,
составляют: меди и ее сплавов 3 мм, нержавеющей стали 5 мм,
алюминия и его сплавов 3 мм.
Установка УПС-301 обеспечивает работу в точечном режиме с
циклом сварки до 10 с. В импульсном режиме длительность им-
пульса и паузы регулируется в диапазоне 0,1 —10 с.
Выпрямитель ВДГИ-301 для механизированной импульсно-
дуговой сварки. Выпрямитель предназначен для питания свароч-
Рис. 6-15. Структурная электрическая схема выпрямителя ВДГИ-301 и
временные диаграммы, поясняющие принцип его работы
ной дуги пульсирующим однополярным током, т. е. постоянным
базовым током, на который периодически, с частотой 50 или 100 Гц
накладываются кратковременные мощные импульсы тока.
Выпрямители передвижные используются для комплектации
унифицированных сварочных полуавтоматов ПДГИ-303.
Структурная электрическая схема и временные диаграм-
мы, поясняющие принцип работы выпрямителя, приведены на
рис. 6-15 [22].
Питание дуги производится от выпрямителя В (рис. 6-15,а)
с пульсирующим выпрямленным напряжением. В цепи выпрямлен-
ного тока установлен сглаживающий дроссель L, параллельно
дросселю подключен тиристор V. Пока тиристор не включен, в
сварочной цепи проходит постоянный базовый ток. В момент t}
(рис. 6-15, б) включается тиристор Г, шунтирующий дроссель, и
все напряжение выпрямителя и в форме отрезка синусоиды с на-
чальной фазой в точке t\ поступает на нагрузку — сварочную дугу.
Ток импульса определяется параметрами всех элементов силовой
цепи, исключая дроссель; форма тока дуги I условно показана на
рис. 6-15, б.
85
Частота следования импульсов равна частоте пульсаций вы-
прямленного напряжения или вдвое ниже ее и зависит от частоты
шунтирования дросселя тиристором.
Принципиальная электрическая схема силовой цепи выпрями-
теля ВДГИ-301 приведена на рис. 6-16. Первичная обмотка си-
лового трансформатора Т состоит из секций Т-Ц, Т-Ц, Т-Ц, Т-Ц,
а вторичная обмотка — из секций 7'-21 и Т-22. В один полупериод
напряжения сети совместно с секциями обмоток трансформатора
Т-Ц. Т-Ц, Т-2] работают тиристоры VI, V2, V5, а в другой полу-
период напряжения совместно с секциями обмоток Т-Ц, Т-Ц, Т-22
работают тиристоры Г-3, V4, V6. При открытии тиристора VI(V4)
Рис. 6-16. Принципиальная электрическая схема
силовой цепи выпрямителя ВДГИ-301
на секции Т-Ц, Т-Ц (Т-Ц, Т-Ц) первичной обмотки подается на-
пряжение сети. После выпрямления напряжения вентилями V7, V6
через дроссель L и сварочную дугу проходит базовый ток.
Для выравнивания коэффициента пульсаций базового тока во
всем диапазоне регулирования дроссель L выполнен нелинейным.
При малых сварочных токах индуктивность дросселя больше, чем
при больших.
Схема управления выпрямителя позволяет изменять наклон
внешних характеристик при работе в режиме базового тока. При
больших токах внешние характеристики жесткие, что необходимо
для высокого саморегулирования дуги, а при малых токах внешние
характеристики крутопадающие, что требуется для стабилизации
базового тока во избежание обрывов дуги.
Тиристор V5(V6) включается с запаздыванием относительно
момента включения тиристора V1(V4). Одновременно с тиристором
V5(V6) может включаться тиристор V2(V3), выключая тиристор
VI (V4). При этом уменьшается коэффициент трансформации
трансформатора. Такому режиму соответствует диапазон крутых
импульсов большой амплитуды. Когда тиристор V2(V3) не вклю-
86
чается и тиристор VI (W) продолжает работать, то выпрямитель
работает с пологими импульсами малой амплитуды.
В каждом диапазоне амплитуда и длительность импульсов оп-
ределяются фазой включения тиристора V5(V6). Базовый ток за-
висит от момента включения тиристора VI (V4) относительно мо-
мента включения тиристора 1Л5(1/6). Последний запирается есте-
ственным путем при снижении напряжения питания.
В выпрямителе ВДГИ предусмотрена возможность предвари-
тельно, при отсутствии выходного напряжения, установить (по
прибору) средние значения напряжения на дуге и напряжения
импульса.
Другим прибором с переключателем на три положения можно
измерять в процессе сварки базовый ток, ток дуги и амплитуду
импульса.
Параметры выпрямителя стабилизированы при изменениях на-
пряжения сети от 4-5 до —10% номинального. Точность стабили-
зации по базовому току от +1,5 до +3%, по импульсному — от
+3 до —6%. Пределы регулирования базового тока 10—200 А.
Коэффициент пульсаций базового тока не более 40%. Амплитуда
импульса тока 1000 А, длительность 4 мс.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
Организация работ
и техника безопасности
7-1. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ
ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Срок службы сварочного оборудования, бесперебойность
в работе, производительность и качество сварки в большой сте-
пени зависят от технического обслуживания и своевременного ре-
монта.
Руководящими техническими материалами ОАА.689.017—69 Ми-
нистерства электротехнической промышленности СССР предусмат-
ривается порядок пуска в эксплуатацию и наладки действующего
электросварочного оборудования, порядок межремонтного обслу-
живания, планово-профилактических осмотров и плановых ремон-
тов. Этими материалами устанавливается, что за состояние и пра-
вильную эксплуатацию электросварочного оборудования отвечает
энергетик, механик или другой работник, в ведение которого при-
казом по предприятию передается электросварочное оборудование.
В его обязанность входят проверка технического состояния обору-
дования, инструктаж обслуживающего персонала, наблюдение за
87
правильной эксплуатацией оборудования, организация ремонтных
работ и техническое руководство ими.
Ответственность за ввод в эксплуатацию оборудования, и в
частности сварочного выпрямителя, за его бесперебойную и пра-
вильную работу несет наладчик электросварочного оборудования,
назначенный соответствующим распоряжением.
Наладчик должен пройти проверку знаний Правил техниче-
ской эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ) и Пра-
вил техники безопасности при эксплуатации электроустановок по-
требителей (ПТБ) [15] с присвоением квалификационной группы
не ниже третьей.
Наладчик выполняет на рабочем месте только мелкий ремонт
сварочного выпрямителя. При невозможности устранения неис-
правностей путем мелкого ремонта наладчик отключает выпрями-
тель от сети и через начальника участка передает его в ремонт.
Рабочий-сварщик (оператор) несет ответственность за пра-
вильную эксплуатацию сварочного выпрямителя или комплекса
оборудования, куда входит выпрямитель. Сварщик обязан пра-
вильно использовать оборудование, строго поддерживать заданные
режимы, содержать в чистоте оборудование и рабочее место, со-
блюдать все требования техники безопасности.
К самостоятельной работе со сварочным выпрямителем или
комплексом оборудования допускаются сварщики, сдавшие экза-
мены по курсу технического обучения по ручной, полуавтоматиче-
ской и автоматической сварке и прошедшие инструктаж по тех-
нике безопасности.
Подготовка сварочного выпрямителя к работе. Наладка,
эксплуатация сварочного выпрямителя и уход за ним выполня-
ются в строгом соответствии с требованиями, изложенными в пас-
порте выпрямителя.
Электрический монтаж внешних соединений производится в
соответствии с ПУЭ [16].
Перед первым пуском нового сварочного выпрямителя или пу-
ском выпрямителя, длительное время не бывшего в употреблении,
после реконсервации и очистки от пыли следует проверить мегом-
метром на 500 В сопротивление изоляции первичного и вторичного
контура относительно корпуса и относительно друг друга.
Проверку сопротивления изоляции надо производить при за-
шунтировапных силовых вентилях. В случае снижения сопротивле-
ния изоляции ниже норм, указанных в паспорте на изделие, вы-
прямитель следует просушить теплым воздухом. Затем следует
проверить состояние приборов, электрических проводов, контак-
тов, паек и надежно заземлить выпрямитель. Заземление должно
производиться при помощи гибких проводов из меди или другого
электропроводящего металла в строгом соответствии с действую-
щими правилами. Заземлению (отдельными проводами) подлежит
как корпус выпрямителя, так и зажим вторичной обмотки, к ко-
торому подключается провод, идущий к изделию (обратный про-
вод) .
за
Последовательное заземление нескольких сварочных установок
запрещается.
Необходимо проверить соответствие напряжения сети напряже-
нию, указанному на заводском щитке выпрямителя, и соответствие
сечения проводов первичному току, указанному на этом
щитке.
Провод, идущий к электрододержателю, входит в комплект
поставки сварочного выпрямителя для ручной сварки. Марка и
сечение проводов, предназначенных для подключения выпрями-
теля для механизированной сварки к полуавтомату или автомату,
указаны в паспортах на эти изделия.
Каждый сварочный выпрямитель подключается к сети через
отдельный пускатель с предохранителями или через автоматиче-
ский выключатель.
Техническое обслуживание. Планово-предупредительный ре-
монт. Для обеспечения бесперебойной и длительной работы вы-
прямителя необходимо производить ежедневные и периодические
осмотры.
При ежедневном осмотре необходимо проверить заземление
выпрямителя, надежность крепления контактов проводов, враще-
ние вентилятора.
При периодическом осмотре один раз в месяц следует очистить
выпрямитель от пылн и грязи, проверить состояние электрических
контактов и паек. Один раз в три месяца надо проверять состоя-
ние аппаратуры управления, сопротивление изоляции. Через 1500—
2000 ч работы требуется заменить смазку в подшипниках электро-
двигателя вентилятора.
Система планово-предупредительного ремонта предусматривает
наряду с работами по техническому обслуживанию ремонты сва-
рочных выпрямителей по заранее составленному плану. Определя-
ются виды работ и выполняется их описание, планируются профи-
лактические осмотры и выполнение мелкого, среднего и капиталь-
ного ремонта, предусматривается снабжение готовыми деталями и
комплектующими, изготовление запасных деталей, их учет и хра-
нение.
Сроки текущих и капитальных ремонтов устанавливаются с
учетом условий эксплуатации и указаний завода —- изготовителя
выпрямителя.
7-2. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ НАЛАДКЕ, ОБСЛУЖИВАНИИ И РЕМОНТЕ
СВАРОЧНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Конструкции современных сварочных выпрямителей вы-
полняются в строгом соответствии с действующей системой стан-
дартов безопасности труда: ГОСТ 12.2.007.0—75 «Изделия электро-
технические. Общие требования безопасности» и ГОСТ 12.2.007.8—75
«Устройства электросварочные и для плазменной обработки.
89
Требования безопасности». Стандарты устанавливают требова-
ния к конструкциям, предотвращающие или уменьшающие до
допустимого уровня воздействие на человека электрического тока,
шума, ультразвука, вибрации, теплового излучения и других
факторов.
При наладке, ремонте и обслуживании выпрямителей
должны соблюдаться все мероприятия, предусмотренные зако-
нами об охране труда и действующими правилами и инструк-
циями.
Поражение электрическим током, ожоги, отравление газами и
пылью — наиболее характерные случаи травматизма при элек-
тродуговой сварке.
При работе со сварочными выпрямителями должны быть при-
няты меры, исключающие возможность случайного прикосновения
к голым токоведущим частям, находящимся под напряжением
выше допустимого для сварочной цепи, и возможность появления
опасного напряжения на частях, нормально находящихся без на-
пряжения. Запрещается работа выпрямителя без кожухов или с
открытыми крышами. Доступ к схеме выпрямителей должен быть
разрешен лицам соответствующей квалификации, которые должны
хорошо знать схему, конструкцию и работу обслуживаемого вы-
прямителя.
Сетевые и сварочные провода не должны иметь повреждений
изоляции. При пробое изоляции первичных обмоток трансформато-
ров под высоким напряжением могут оказаться корпуса свароч-
ных выпрямителей, поэтому они должны быть надежно зазем-
лены.
Во избежание поражения сварщика электрическим током при
повреждении изоляции между первичным и вторичным контурами
зажим вторичной цепи, идущей к свариваемому изделию, должен
быть тщательно заземлен. Необходимо также заземлять сварива-
емое изделие.
Осуществлять переключения, присоединения или отсоединения
в электрических цепях сварочного поста можно только после пол-
ного отключения выпрямителя от сети магнитным пускателем или
сетевым автоматическим выключателем. При этом следует пом-
нить, что при отключении только выключателя, встроенного в сва-
рочный выпрямитель, входные зажимы выпрямителя остаются под
напряжением.
Для предохранения глаз от лучей дуги сварщик должен поль-
зоваться защитными щитками или масками, снабженными специ-
альными светофильтрами. При работе в помещениях, где находят-
ся другие работники, сварщик обязан оградить свое рабочее место
щитами и предупредить окружающих о вредном влиянии дуги на
зрение.
Для предохранения от ожогов невидимыми лучами, излучае-
мыми дугой, и брызгами расплавленного металла руки сварщика
должны быть защищены рукавицами, а тело — специальной одеж-
дой.
90
Для предохранения глаз от попадания осколков шлака зачист-
ка шва должна производиться в очках с простыми стеклами.
Для предотвращения поражения дыхательных путей сварщиков
газами, парами металлов, пылью необходимо снабжать автоматы
и полуавтоматы дымоотсосами, расположенными вблизи дуги. При
сварке в закрытых помещениях необходимо применять вытяжную
вентиляцию.
Места сварочных работ должны быть очищены от горючих ма-
териалов в радиусе не менее 5 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бамдас А. М., Сомов В. А., Шмидт А. О. Трансформаторы и стабилиза-
торы, регулируемые подмагничиванием шунтов. — М.: Госэнергоиздат, 1959.
2. Бамдас А. М„ Шапиро С. В. Трансформаторы, регулируемые подмагни-
чиванием.— М.: Энергия, 1965.
3. Глебов Л. В., Горлов Ю. И., Струве Г. А. Кольцевая схема выпрямления
для многопостовых сварочных установок.— Электротехника, 1972, № 1,
4. Закс М. И., Лапидус Ш. И. Конструкция и элементы расчета подмагни-
чиваемого трансформатора для электродуговой сварки,— Автоматическая свар-
ка, 1965, № 9.
5. Закс ЛЕ И., Лапидус Ш. И. Выпрямитель с дросселем насыщения для
сварки в углекислом газе.— Электротехника, 1966, № 7.
6. Закс М. И., Ширмам Ш. К. Влияние магнитных характеристик сердеч-
ников дросселей насыщения па параметры сварочных выпрямителей.— Электро-
техн. пром-сть. Электросварка, 1972, вып. 1(10).
7. Закс М. И., Рывкин А. Л. Тиристорные выпрямители для механизирован-
ной дуговой сварки.—Электротехн. пром-сть. Электросварка, 1977, вып. 6(45).
8. Закс М. И., Рывкин А. Л. Модернизация сварочного выпрямителя
ВДУ-504,—Электротехн. пром-сть. Электросварка, 1979, вып. 2(53).
9. Каганов И. Л. Электронные и ионные преобразователи. Ч. 3.— М.: Гос-
энергоиздат, 1956.
10. Каспржак Г. М., Рабинович И. Я-, Сидорков В. Б. Выбор рациональных
схем выпрямителей для дуговой сварки.— Автоматическая сварка, 1960, № 3.
11. Лапидус Ш. И., Закс М. И. К расчету сварочных трансформаторов с
магнитным шунтом при неполном разнесении обмоток.— Электротехника, 1964,
№11.
12. Лапидус Ш. И., Рывкин А. Л., Тимошенко К. И. Определение индуктив-
ного сопротивления рассеяния трансформаторов однопостовых сварочных вьт
прямителей для ручной дуговой сварки,—Электротехн. пром-сть. Электросварка,
1971, вып. 9.
13. Патон Б. Е., Лебедев В. К. Электрооборудование для дуговой и шлаковой
сварки,— М.: Машиностроение, 1966.
14. Попов Е. Н. Автоматическое регулирование и управление.— М.: Наука
1966.
15. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и
правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребите-
лей.— М.: Атомиздат, 1973.
16. Правила устройства электроустановок. Раздел 7. Электрооборудование
специальных установок.— М.: Атомиздат, 1980.
17. Рабинович И. Я. Оборудование для дуговой электрической сварки.— М.:
Машгиз, 1958.
18. Ситник Н. X. Силовая полупроводниковая техника.— Ми Энергия, 1968.
19. Ситник Н. X. Силовые кремниевые вентильные блоки.— ЛЕ: Энергия, 1972.
20. Транзисторные и функциональные элементы «Логика-Т» и их применение
в бесконтактных схемах промышленной автоматики.— ЛЕ: Нпформэлектро, 1969.
21. Толстов Ю. Г., Мосткова Г. П., Ковалев Ф. И. Трехфазные силовые по-
лупроводниковые выпрямители.—М.: Изд-во АН СССР, 1963.
22. Цыганков Ю. В., Лапидус Ш. И., Липевецкая Т. А. Выпрямители для
импульсно-дуговой сварки типов ВДГГ1-102, ВДГИ-301.— Электротехн. пром-сть.
Электросварка, 1974, вып. 2(23).
23. Шиллинг В. Схемы выпрямителей, инверторов и преобразователей ча
стоты.— ЛЕ: Госэнергоиздат, 1950.
24. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппара-
туре,—М.: Советское радио, 1979.
92
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ....................................................... 3
глава первая. Классификация и основные технические характери-
стики сварочных выпрямителей ....................................... 5
глава вторая. Силовые кремниевые вентили........................... 8
2-1. Неуправляемые и управляемые вентили.......................—
2-2. Конструкции вентилей..................................... 9
2-3. Основные параметры и характеристики вентилей.............11
глава третья. Схемы выпрямления ...................................17
3-1. Трехфазная мостовая схема.................................—
3-2. Шестифазная схема с уравнительным дросселем..............21
3-3. Шестифазная кольцевая схема..............................24
3-4. Сравнение схем выпрямления...............................26
3-5. Процесс коммутации тока. Обобщенные внешние характеристики
выпрямителей...............................................27
глава четвертая. Методы регулирования напряжения и тока в сва-
рочных выпрямителях на неуправляемых вен-
тилях ............................................................. 30
4-1. Общие замечания..................................... —
4-2. Устройства с подвижными сердечниками и обмотками . . 31
4-3. Устройства ступенчатого регулирования ... . 37
4-4. Подмагничиваемые регуляторы ..... ЗЭ
•
глава пятая. Системы фазового управления и автоматического
регулирования тиристорных сварочных выпрями-
телей • ....... 47
5-1. Метод импульсно-фазового управления тиристорами. Основные
требования, предъявляемые к системам управления.............—
5-2. Элементы системы импульсно-фазового управления...........49
5-3. Канал фазового управления па основе магнитного усилителя . . 52
5-4. Канал фазового управления па основе транзисторного логического
элемента ................................................ 53
5-5. Капал фазового управления на основе генератора пилообразных
напряжений ................................................57
5-6. Тиристорный сварочный выпрямитель как замкнутая система ав-
томатического регулирования .............................. 59
93
глава шестая. Промышленные сварочные выпрямители ... 67
6-1. Общие замечания...................... . . . . —
6-2. Однопостовые сварочные выпрямители....................68
6-3. Многопостовые сварочные выпрямители...................78
6-4. Специализированные установки постоянного тока.........82
глава седьмая. Организация работ и техника безопасности 87
7-1. Организация работ по эксплуатации сварочного оборудования . . —
7-2. Техника безопасности при наладке, обслуживании и ремонте сва-
рочного выпрямителя .................................. 89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..........................................92
МИХАИЛ ИСААКОВИЧ ЗАКС
Сварочные выпрямители.
Редактор Л. М. Пархоменко
Художественный редактор Д. Р. Стеванович
Технический редактор А. Г. Рябкина
Корректор А. Н. Акимов
Обложка художника Г. В. Смирнова
ИВ № 95
Сдано в набор 23.02.83. Подписано в печать 20.07.83. М-32832. Фор-
мат 60Х9071С. Бумага типографская № 1. Гарнитура литера-
турная. Печать высока:. Усл. печ, л. 6. Усл. кр.-отт. 6,25. Уч.-изд.
л. 6,9. Тираж 20 000 эка. Заказ 554. Цена 35 к.
Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 191911, Ленинград,
Марсово поле, 1.
Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена
Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения «Тех-
ническая книга» им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрсма
при Государственном комитете СССР по делам издательств, по-
лиграфии и книжной торговли. 158052. г. Ленинград, Л-52, Из*
майловскнй проспект. 29.
В магазине «Энергия» имеются в продаже
следующие книги:
1. Ампелагова Н. И. и др. Дезактивация в ядериой энергетике.
М., Энергоиздат. 1982. Цена 1 р. 30 к.
2. Задачник по ТАУ. М., Энергия. 1979. Цена 1 р. 20 к.
3. Кузин Л. Т. Основы кибернетики. Том 2. М., Энергия. 1979
Цена 1 р. 50 к.
4. Основы взрывозащищенности электрооборудования/ Н. Ф.
Шевченко и др. М, Энергоиздат, 1982. Цена 1 р. 10 к.
5. Пособие для изучения «Правил технической эксплуатации
электрических станций и сетей». Раздел 4 и 5. М., Энергия, 1980.
Цена 2 р. 10 к.
6. Ремонт дымовых труб, градирен и антикоррозионных покры-
тий оборудования электростанций. Справочное пособие. Под ред.
И. В. Захарова и А. И. Курилова. М., Энергоиздат, 1982.
Цена 1 р. 60 к.
7. Сборник директивных метериалов по эксплуатации энерго-
систем. Теплотехническая часть. М., Энергия, 1981. Цена 1 р. 30 к.
8. Справочник по радиоэлектронным системам. В 2-х томах.
М., Энергия, 1979. Цена 5 р. 20 к
9. Тепловые и атомные электростанции. Справочник. Под ред.
В. В. Григорьева и В. М. Зорина. М., Энергоиздат, 1982.
Цена 3 р. 90 к.
10. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Спра-
вочник. М., Энергия, 1981. Цена 3 р. 20 к.
11. Чугаев Р. Р. Гидравлика. Учебник для вузов. Изд. 4-е. Л.,
Энергоиздат, 1982 Цена 2 р. 50 к.
12. Юрков Л. Ф., Леко В. К. Переходные стекла и спаи в электро-
вакуумной промышленности. Б-ка технолога РЭА. М.,
Энергия. 1979.
Книги высылаются наложенным платежом без задатка.
Заказы следует направлять по адресу: 196066, Ленинград,
Московский пр., 189, магазин «Энергия», отдел «Книга—почтой».
35 к