Класифікація і пристрій зварювальних випрямлячів

Наши партнеры ArtmMisto

Зварювальний випрямляч - це джерело постійного зварювального струму. Зварювальний випрямляч містить силовий трансформатор , Силові напівпровідниковий вентилі і пристрій регулювання зварювального струму.

Класифікація зварювальних випрямлячів проводиться по другій з 3-х основних функцій джерела живлення (горіння, регулювання, перетворення). Всі зварювальні випрямлячі за способом регулювання зварювального струму можна розділити на регульовані трансформатором, регульовані тиристорами і регульовані дроселем насичення.

Випрямлячі, регульовані трансформатором, мають 3-фазні трансформатори, на відміну від зварювальних трансформаторів, які однофазні.

Ступінчасте регулювання здійснюється перемиканням зірка - трикутник, що призводить до зміни струму в 3 рази. (Більший струм при схемі трикутник - трикутник, ніж зірка - зірка.)

На відміну від зварювальних трансформаторів навіть найпростіші випрямлячі містять пускорегулюючу і захисну апаратуру для захисту вентилів від перевантажень по струму і від порушення охолодження (реле вентилятора або реле тиску води).

Для цього у джерела живлення повинен бути силовий контактор, вручну він управляється кнопками ПУСК і СТОП. У випрямляча ВД-306: захист по струму електромагнітна, спрацьовує при перевищенні допустимого струму в 1,5 рази.

Мал. 1. Зварювальний випрямляч ВД-306

У будь-якому зварювальному випрямлячі можна виділити наступні елементи: силовий понижуючий трансформатор і блок випрямлячів. Трансформатори, що застосовуються в зварювальних випрямлячах, мало відрізняються від описаних тут - Класифікація і пристрій зварювальних трансформаторів .

Основна відмінність в тому, що трансформатори для зварювальних випрямлячів виконуються трифазними. Це не тільки забезпечує рівномірне навантаження фаз мережі живлення, але і знижує пульсацію випрямленої струму.

Поширеним елементом зварювального випрямляча є дросель. Якщо він розташовується між електродотримачем і блоком випрямлячів (на ділянці зварювального кола, де протікає постійний струм), то служить для обмеження швидкості наростання струму короткого замикання, тобто для зменшення розбризкування при зварюванні.

Якщо дросель розташовується між силовим трансформатором і блоком випрямлячів (на ділянці зварювального кола, де протікає змінний струм), то він служить для регулювання зварювального струму або вихідної напруги.

Випрямні блоки збираються з силових діодів. На відміну від провідників електричного струму, які однаково добре проводять струм як в одному, так і в іншому напрямку діоди пропускають струм тільки в одному напрямку. Керувати величиною струму за допомогою діода неможливо.

Крім діодів в зварювальних випрямлячах використовуються тиристори . За допомогою тиристора можна управляти струмом. Однак можливості управління обмежені. Тиристор можна вимкнути раніше, ніж напруга на основних електродах впаде до нуля. Тому тиристори називаються «в повному обсязі керованими напівпровідників». Повністю керованими напівпровідниками є транзистори (тріоди), але застосування таких в зварювальних джерелах обмежена.

Напівпровідникові елементи слід оберігати від перегріву. Тому діоди і тиристори поміщають в радіатори, які примусово охолоджують потоком повітря від вентилятора.

У зварювальних ланцюгах завдяки ЕРС самоіндукції іноді виникають піки напруги (перенапруги), які можуть викликати пробою напівпровідника в зворотному напрямку. Для попередження цього напівпровідники шунтуються R - З ланцюгом. При появі на висновках напівпровідника підвищеної напруги відбувається заряд конденсатора, а потім його розряд через напівпровідник в прямому напрямку.

Мал. 2. Схема захисту напівпровідника від індукційного напруги

У зварювальних випрямлячах напівпровідникові елементи збираються у вигляді різних схем. Підрозділяється на 1 і 3-х фазну випрямлення.

Однофазні схеми випрямлення застосовуються в ланцюгах управління, де споживана потужність невелика, тому, використовуючи згладжують ємнісні фільтри, можна отримати на виході напругу близьке до постійного.

Трифазні схеми випрямлення

У зварювальних випрямлячах зазвичай використовують трифазні схеми випрямлення , Які забезпечують значно меншу пульсацію випрямленої струму в порівнянні з однофазними схемами.

Трифазна мостова схема випрямлення Ларіонова

У трифазних випрямлячах блоки з діодів найчастіше виконують по мостовій схемі. В цьому випадку пульсація випрямленої напруги становить 300 Гц.

Мал. 3. Трифазна мостова схема випрямлення Ларіонова (а), фазное і випрямлена напруга (б)

Робота схеми: В анодному групі включаються вентилі з найвищим потенціалом фази, а в катодного навпаки. У будь-який момент часу відкриті вентилі, з'єднані з фазами з найбільшим позитивним і з найбільшим негативним потенціалами. Причому кожен вентиль однієї групи протягом третини періоду працює по черзі з двома вентилями іншої групи

У зварювальному обладнанні ця схема застосовується практично у всіх випрямлячах для ручного дугового зварювання з номінальним струмом до 500А.

Кільцева трифазна схема випрямлення

Для її реалізації трансформатор випрямляча повинен мати дві однакових групи вторинних обмоток, з'єднаних в зірку, і включених із зсувом на половину періоду частоти мережі. При цьому пульсація випрямленої напруги становить 300 Гц.

Мал. 4. Кільцева трифазна схема випрямлення

Робота схеми: У цій схемі при перемиканні вентиля перемикається і одна з двох обмоток в ланцюзі випрямлення. Причому кожна обмотка однієї групи протягом третини періоду працює по черзі з двома обмотками іншої групи.

Основний недолік цієї схеми випрямлення - для неї потрібно більш складний і дорожчий трансформатор, який проектується з урахуванням подмагничивания постійної складової струму.

Шестифазний схема випрямлення із зрівняльним реактором

Для її реалізації трансформатор випрямляча також повинен мати дві однакових групи вторинних обмоток, з'єднаних в зірку, і включених із зсувом на половину періоду частоти мережі. Крім того, для забезпечення паралельної роботи на навантаження одночасно двох фаз потрібно ще зрівняльний реактор - симетричний дросель.

Шестифазний схема випрямлення із зрівняльним реактором

Робота схеми: Для кожної зірки включаються вентилі з найвищим позитивним потенціалом фази аналогічно трифазної нульової схемою. Без зрівняльного реактора виходить шестифазний випрямлення з роботою кожної фази і вентиля 1/6 періоду.

Мал. 5. шестифазний схема випрямлення із зрівняльним реактором

Така схема застосовується в випрямлячах великої потужності (1000 А і більше) перш за все при харчуванні низьковольтної навантаження.

Основний недолік цієї схеми випрямлення - для неї потрібно більш складний і дорожчий трансформатор, який проектується з урахуванням подмагничивания постійної складової струму, а також додатковий дросель.

Зварювальні випрямлячі регульовані трансформатором

Падаюча характеристика у зварювальних випрямлячів виходить різними способами. Найбільш простий полягає в тому, що зварювальний випрямляч комплектується силовим трансформатором з падаючої характеристикою. За таким принципом сконструйований зварювальний випрямляч ВД-306.

Мал. 6. Зварювальний випрямляч керований трансформатором зі збільшеним розсіюванням: а, б - електричні схеми, в, г - конструкція трансформаторів.

У нього входять силовий трансформатор з рухомими котушками або шунтом, випрямний блок і пускозахисна апаратура. Грубе регулювання струму здійснюється одночасним перемиканням первинної і вторинної обмоток зі схеми «зірка» (λ / λ) на «трикутник» (Δ / Δ). У першому випадку встановлюється ступінь малих струмів, а в другому - великих. У межах кожного ступеня плавне регулювання струму виробляється зміною відстані між первинною і вторинною обмотками.

Випрямний блок зібраний на кремнієвих діодах, які примусово охолоджуються вентилятором. Включення випрямляча в роботу і вимикання виробляються магнітним пускачем .

Захисна апаратура не дозволяє включати випрямляч, якщо на діоди не надходить повітряний потік, а так само якщо вийшов з ладу один з діодів або стався пробій напруги на корпус. Описана пускозахисна апаратура є традиційною для зварювальних випрямлячів.

Зварювальні випрямлячі розглянутого типу прості у виготовленні і експлуатації. Їх недоліки - у відсутності стабілізації режиму при зміні напруги мережі і неможливості дистанційного керування.

Мал. 7. Електрична принципова схема зварювального випрямляча ВД-306

Мал. 8. Електрична принципова схема зварювального випрямляча ВД-313

Зварювальні випрямлячі регульовані тиристорами

Тиристорні випрямлячі крім трансформатора і блоку вентилів містять в силовому ланцюзі фільтр-дросель, а в системі управління датчики і електронні блоки.

Мал. 9. Схеми тиристорних зварювальних випрямлячів: а - з трифазної мостової, б - з шестифазної з зрівняльним дроселем, в - з кільцевої схемою випрямлення

Зварювальні випрямлячі регульовані дроселем насичення

Для отримання падаючих характеристик в зварювальних випрямлячах використовуються також дроселі насичення. Дросель, що представляє собою індуктивний опір, мають у своєму розпорядженні між силовим трансформатором і випрямним блоком. Силовий трансформатор у випрямлячі має жорстку зовнішню характеристику. Падаюча ж характеристика випрямляча забезпечується за рахунок індуктивного опору дроселя.

Багатопостові зварювальні випрямлячі

Зварювальні випрямлячі з жорсткими зовнішніми характеристиками використовуються для багатопостовий зварювання - напівавтоматичного та ручного. У першому випадку в них передбачається можливість регулювання вихідної напруги, а в другому - немає. Таким чином, многопостовой зварювальний випрямляч є найбільш простим по конструкції.