zdg_konspect

Зварювальнi випрямлячi з рухомими обмотками

Випрямлячi з рухомими обмотками призначенi для ручного дугового зварювання, рiзання i наплавлення. Вони можуть застосовуватись i для механiзованого зварювання пiд флюсом. До складу випрямлячiв входить трифазний зварювальний трансформатор з розвиненим магнiтним розсiянням, випрямний блок, зiбраний за трифазною мостовою схемою випрямлення на кремнiйових вентилях, пускова i захисна апаратура.

Обмотки трансформатора мають високу індуктивнiсть розсiяння за рахунок потокiв, що створюються внаслiдок рознесення первинних i вторинних обмоток на визначену вiдстань одна вiд одної. Завдяки збiльшеному магнiтному розсiянню трансформатора забезпечується створення спадної зовнiшньої характеристики випрямляча. Силовий трансформатор має три нерухомi вториннi обмотки, закрiпленi бiля верхнього ярма магнiтопроводу i три рухомi первиннi обмотки, якi встановленi в обоймi i перемiщуються вертикально вручну за допомогою ходового гвинта.

Плавне регулювання зварювального струму здійснюється за рахунок змiни iндуктивного опору трансформатора ХТ шляхом перемiщення рухомих котушок, тобто змiни вiдстанi мiж обмотками. При зменшеннi вiдстанi мiж ними зменшуються потоки розсіяння i опiр ХТ, вiдповiдно зварювальний струм збiльшується, i навпаки. Кратнiсть регулювання за струмом невелика i досягає порядку 3. Для пiдвищення величини IДМАХ/IДМІN доводиться застосовувати ступiнчасте регулювання струму за рахунок перемикання обмоток в положення Y/Y або D/D. У протилежному випадку, довелося б значно збiльшувати хiд рухомих котушок, що призвело б до значного збiльшення масо-габаритних показникiв трансформатора. Для отримання дiапазону малих струмiв первиннi i вториннi обмотки перемикаються в положення «зiрказiрка», а для отримання великих струмiв - «трикутник-трикутник». При цьому рiзко змiнюється iндуктивний опiр трансформатора при незмiннiй напрузi неробочого ходу. Вторинну лiнiйну напругу трансформатора для схеми Y/Y знаходимо з рiвняння:

Для схеми D/D U2Л складе:

91

Аналiзуючи рiвняння (9.1) i (9.2) видно, що при перемиканнi обмоток з Y/Y на D/D напруга трансформатора не змiнюється, тому i напруга неробочого ходу випрямляча U20=1,35U1Л×(W2/W1) не змiнюється. У той же час, величина зварювального струму i загальний опiр випрямляча змiнюється. Це можна розглянути на прикладi короткого замикання вторинних обмоток трансформатора. Величину струму при з’єднаннi обмоток Y/Y знаходимо з рiвняння:

При з’єднаннi D/D:

Із порівняння рiвнянь (9.3) i (9.4) видно, що зварювальний струм при перемиканнi обмоток в положення D/D збiльшується в тричі.

Перевагою таких випрямлячiв є простота, низька вартість виготовлення, високi зварювальнi властивостi. Вони мають велику розривну довжину, добре запалювання i стiйкiсть горiння дуги. Завдяки наявностi крутоспадної характеристики струм при коливаннях дуги досить стабiльний. До недолiкiв випрямляча можна вiднести вiдсутнiсть стабiлiзацiї зварювального струму при коливаннях напруги мережi.

У промисловостi широко застосовуються випрямлячi з рухомими обмотками типу ВД-201У3, ВД-301У3, ВД-306У3, ВД-401У3. Принципову спрощену електричну схему ВД-306У3 подано на рис.9.9 а.

Випрямний блок VD виконаний за трифазною мостовою схемою випрямлення i складається з 6 кремнiйових вентилiв В200 класу 3. Нормальна робота схеми повiтряної вентиляцiї контролюється повiтряним реле – “парусом” S3. Перемикання дiапазонiв зварювального струму вiдбувається перемикачем S. Випрямляч має захист, який вимикає його вiд мережi при виходi з ладу одного з вентилiв випрямного блоку або при пробої на корпус вторинної обмотки трансформатора. До складу захисту входить магнiтний пiдсилювач L, поляризоване реле К1 з контактами К1.1 та К1.2, допомiжний трансформатор T2, який живить обмотки пiдсилювача напругою 36 В. Магнiтний пiдсилювач має два осердя тороїдального

92

типу, двi робочi обмотки, які увімкнені в коло реле К1. Обмоткою керування є фазнi проводи трансформатора, пропущенi через вiкна магнітопроводу. У випадку аварiї, вiдбувається коротке замикання всерединi випрямляча, рiзко зростає зварювальний струм i в фазних проводах у вiкнi осердя силового трансформатора з’являється постiйна складова струму. Це призводить до насичення магнiтопроводу магнiтного пiдсилювача, рiзкого зниження iндуктивного опору робочих обмоток i пiдвищення в них струму. У результатi реле К1 спрацьовує i розмикає коло магнiтного пускача К2. Контакти пускача К2.1 розмикаються i знiмають живлення з трансформатора i двигуна вентилятора. Зварювальний випрямляч відмикається вiд мережi. У схемi передбачено самоблокування реле К1 за допомогою контактiв К1.1. У результатi блокування можливiсть вмикання випрямляча до повного усунення аварiї виключена. Для захисту випрямного блоку вiд комутацiйних перенапруг, якi виникають при змiнi стану вентилiв вiд закритого до проводячого, мiж виводами фаз вторинної обмотки трансформатора увімкнені захиснi розряднi R-C кола.

Зовнiшнi характеристики випрямляча наведено на рис.9.9 б.

Рис. 9.9. Принципова електрична схема випрямляча ВД – 306 У3 (а) і зовнішні характеристики (б)

93

ЛЕКЦІЯ 10

10.1. Зварювальнi випрямлячi з дроселем насичення. Конструкцiя i принцип дiї дроселя насичення

Дросель насичення найпростiшої конструкцiї з магнiтопроводом стрижневого або тороїдального типiв має обмотку керування - ОК, яка живиться постiйним струмом, i робочу обмотку - РО, що живиться змiнним струмом.

Робота дроселя насичення у пiвперiод, коли магнiтнi потоки ФК, утворенi ОК i ФР, якi утворюються обмоткою РО, спiвпадають за напрямом, наведена на рис.10.1.

Рис. 10.1. Конструкція найпростішого дроселя насичення

Постiйна намагнiчувальна сила IКWК обмотки ОК приводить магнiтопровiд дроселя в стан, який вiдображається точкою D на ненасиченiй дiлянцi кривої намагнiчування. Пiд дiєю змiнного струму робочої обмотки утворюється змiнна намагнiчувальна сила IДWР, яка за пiвперiод перемiщує робочу точкупо шляху DЕFЕD (тонка лiнiя на рис.10.2 а). При цьому зростання сумарного магнiтного потоку Ф=ФК+ФР спостерiгається тiльки на ненасиченiй дiлянцi DЕ кривої намагнiчування. Змiна Ф з часом в iнтервалi вiд 0 до α1 показана на рис.10.2 б.

Цей змiнний потiк iндуктує в обмотцi РО протиЕРС ЕР, приблизно рiвну напрузi мережi живлення (рис.10.2 в). Тому на навантаженнi R напруга мала, а струм навантаження IД дуже незначний (рис.10.2 г), тобто в iнтервалi вiд 0 до α1 обмотка РО має великий iндуктивний опiр. З моменту α1 робоча точка перемiщується по насиченiй дiлянцi EF кривої намагнiчування i магнiтний потiк Ф вiд α1 до π практично постiйний, вiдповiдно протиЕРС в обмотцi РО не наводиться, а напруга мережi живлення UЖ прикладена до навантаження R i по ньому проходить струм великої сили. При

94

збiльшеннi струму керування IК дроселя насичення початкова робоча точка на кривiй намагнiчування зсунеться в положення D1 iмагнiтопровiд насититься ранiше (пунктирнi лiнiї на рис.10.2 б). При цьому струм дуги IД буде збiльшуватись ранiше, в момент α2, тобто середнiй за перiод струм навантаження збiльшується. Регулювання навантаження визначається величиною «α» - кутом керування, тому дросель насичення у колi змiнного струму подiбний до тиристора i його можна використовувати як для регулювання струму i напруги, так i для формування наклону вольт-амперних характеристик. Якщо в дроселi передбачено зустрiчний напрямок магнiтних потокiв обмоток ОК i РО, то вiн працює в режимiз компенсованими намагнiчувальними силами. При цьому формуються крутоспаднізовнiшнiхарактеристики з регулюванням їхнахилу.

Рис. 10.2. Криві намагнічування (а), магнітного потоку (б), напруги змінного струму (в), струму навантаження (г) дроселя насичення

95

Зварювальнi випрямлячi на дроселях насичення не знайшли широкого застосування при зварюваннi через великі масо-габаритні показники i вартість дроселей. Однак ряд джерел у виглядi випрямлячiв з компенсованими намагнiчувльними силами (ВД-502 У3) iз самопiдмагнiчуванням (ВДГ-303 У3) мають застосування в зварювальнiй технiцi.

10.2. Зварювальний випрямляч із самопiдмагнiчуванням з жорсткою ВАХ

Спрощену електричну схему такого випрямляча подано на рис.10.3.

Рис. 10.3. Спрощена електрична схема випрямляча керуємого дроселем насичення з самопідмагнічуванням

У вторинну обмотку зварювального трансформатора Т увiмкненi робочi обмотки РО1-РО6 трифазного дроселя насичення L. Дросель виконаний на шести стрiчкових розрiзних осердях, на кожному з яких розташованi обмотки РО. З’єднанi попарно осердя охопленi котушками обмоток керування ОК i змiщення ОЗМ, магнiторушiйні сили яких направленiназустрiч. У кола обмоток РО увімкненісиловi вентилiвипрямного блоку VD. Така конструкцiя називається дроселем з самопiдмагнiчуванням або самонасиченням. Розглянемо магнiтнi процеси в одному з осердь дроселя, на обмотку РО якого подано максимальну напругу трансформатора (рис.10.4 а).

96

Рис. 3.18. Криві намагнічування(а) і зовнішні характеристики (б) випрямляча керованого дроселем з самопідмагнічуванням

При роботi випрямляча в режимi неробочого ходу утворюється намагнiчувальна сила IКWК яка вiдповiдає точцi Д кривої намагнiчування, тобто осердя ненасичене.

У режимi навантаження намагнiчувальні сили обмоток ОК i РО додаються. Намагнiчувальна сила робочої обмотки IДWР при малих струмах навантаження незначна i робоча точка вiдповiдно до сумарної намагнiчувальної сили IW = IКWК+IДWР, пересуваючись по траекторiї ДЕД, залишається ліворуч від точки Е. Оскільки осердя дроселя в такому випадку не насичене, то при перiодичній змiнi робочого струму змiнюється i магнiтний потiк в осердi, а в робочiй обмотцi наводиться проти ЕРС ЕЛ. Iз зростанням зварювального струму середнє значення ЕЛ рiзко збільшується i тому зовнiшня характеристика випрямляча на дiлянцi D’Е’ набуває крутоспадної форми (рис.10.4 б).

При зварюваннi на високих струмах осердя дроселя приходить у насичений стан праворуч від точки Е. У випадку перiодичної змiни струму робоча точка пересувається по траекторiї DEFED, при цьому положення точки F зсувається,

але змiна потоку Фmax i величина ЕЛmax залишаються сталими. Вiповiдно, напруга випрямляча UВ=U20-ЕЛmax також залишається сталою i зовнiшня характеристика

джерела формується жорсткою (дiлянка E’F’, рис.10.4 б). Така ламана характеристика D’E’F’ отримується завдяки дроселю насичення з

97

самопiдмагнiчуванням i має добре застосування при зварюваннi у вуглекислому газi, оскільки пiдвищена напруга неробочого ходу сприяє надiйному запалюванню дуги, а дiлянка жорсткої характеристики - процесу саморегулювання.

Однак процес самопiдмагнiчування має i негативну сторону, оскільки скорочується дiапазон регулювання напруги. Для отримання малих напруг необхiдно змiнювати напрямок струму, що пов’язано з деякими труднощами. Тому, для усунення цього недолiку, у випрямлячах застосовується обмотка змiщення ОЗМ, яка створює в осердi магнiтний потiк, направлений назустрiч потокам обмоток ОК i РО. Плавне регулювання напруги джерела відбувається за рахунок змiни струму IК в обмотцi керування. При збiльшеннi IК точка Д зсувається в положення D1, при цьому DФmax i ЕЛmax зменшується, напруга випрямляча UВ зростає, а зовнiшня характеристика зсувається в положення E1′, F1′ , тобто:

IК -Þ DFmax ¯Þ EK max ¯ÞUB -.

Спрощену принципову електричну схему випрямляча серiї ВДГ-303 падано на рис.10.5.

Рис. 10.5. Спрощена електрична схема випрямляча ВДГ-303 У3

Плавне регулювання напруги виконується регулятором R1 у колi обмотки ОК дроселя насичення L1-L6, ступiнчасте - шляхом перемикання первинних обмоток силового трансформатора Т, тобто за рахунок змiни коефiцiєнта

98

трансформацiї. З’єднанню фаз первинних обмоток “трикутником” з використанням вiдводiв вiдповiдає перша ступiнь регулювання напруги, з’єднанню “трикутником” без вiдводiв - друга ступiнь, з’єднанню “зiркою” з вiдводами - третя ступiнь (мiнiмальна напруга). Перемикання виконується трифазним пакетно-кулачковим перемикачем S. Конструкцiя трифазного дроселя насичення аналогiчна наведеній на рис.10.3. Обмотка керування ОК дроселя живиться вiд перекомпенсованого ферорезонансного стабiлiзатора напруги через випрямний блок VD1 i змiнний резистор R1. При пiдвищеннi напруги мережi вихiдна напруга стабiлiзатора зменшується i навпаки, що дозволяє здiйснити часткову компенсацiю робочої напруги при коливаннях мережi. Обмотка змiщення ОЗМ живиться вiд вторинної обмотки силового трансформатора через випрямний блок VD2 i нерегульований резистор R2. Дросель L7 броньового типу з повiтряним проміжком призначений для зниження розбризкувань електродного металу i пiдвищення стабiлiзацiї зварювального процесу, забезпечує автоматичне безступiнчасте регулювання iндуктивностi в залежностi вiд режиму зварювання. Вiн має основну робочу обмотку I, увiмкнену послiдовно в зварювальне коло, i двi допомiжнi обмотки керування II i III, увімкнені через вентилi VD4 i VD5. Загальна точка обмоток II i III увiмкнена до затискача позитивної полярностi. При зварюваннi на робочiй обмотцi дроселя видiляється змiнна складова випрямленої напруги з частотою 300 Гц, яка iндуктується в двох обмотках керування i випрямляється однофазною двопiвперiодною схемою, утвореною обмотками i дiодами. Випрямлений струм протiкає по обмотках керування i замикається через дугу, змiнюючи iндуктивнiсть дроселя. При зварюваннi в режимах малих струмiв зустрiчна напруга дуги невелика i струм, який протiкає в обмотках II i III збiльшується, а iндуктивнiсть дроселя L7 має мале значення. На великих режимах збiльшується запираюча робоча напруга дуги, струм у допомiжних обмотках зменшується, а iндуктивнiсть дроселя зростає.

Зварювальнi властивостi випрямляча досить високi. Напруга неробочого ходу значно вища напруги навантаження, що сприяє надiйному початковому запалюванню дуги. Стiйке горiння вiдбувається в усьому дiапазонi регулювання, за виключенням найнижчої напруги. У цьому випадку, як i при фазовому регулюваннi, спостерiгається режим переривчастого струму. Для усунення такого дефекту глибину плавного регулювання знижують, доповнюючи його ступiнчастим. Зовнiшнi характеристики випрямляча ВДГ-303 У3 наведенi на рис.10.6.

99

Рис. 10.6. Зовнішні характеристики випрямляча ВДГ – 303 У3

100