zdg_konspect

Рис. 11.11. Структурна схема системи керування випрямлячів ВДУ-506 У3, ВДУ-601 У3

Випрямляч ВДУ-505 вiдрiзняється вiд вказаних вище випрямлячiв наявнiстю додаткового датчика струму, приєднаного до зварювального шунта.

Система керування являє собою систему автоматичного регулювання зi зворотними зв’язками за напругою ЗЗН та струмом ЗЗС, за рахунок яких вiдбувається формування зовнiшнiх характеристик. Спаднi ВАХ (С) забезпечуються зв’язком ЗЗС, жорсткi (Ж) –увімкненням зворотного зв’язку ЗЗН, який дiє спiльно із ЗЗС. Для покращення стабiлiзацiї режиму зварювання при коливаннях напруги мережi передбачено додатковий зворотний зв’язок за напругою мережі (ЗЗМ). Напруга керування створюється блоком формування напруги керування ФНК, на вхiд якого надходять напруги завдання UЗАВД з вузла завдання режимiв ВЗР i сигнали зворотних зв’язкiв. Блок фазового керування БФК формує iмпульси керування, якi надходять на силовий тиристорний випрямляч VS. Блок живлення БЖ забезпечує живлення системи керування, а ОЗЗН – вузол обмеження дiї зворотного зв’язку за напругою створює умови покращення запалювання дуги при зварюваннi на

111

жорстких ВАХ. Блок БФК виконаний за традицiйною шестиканальною системою фазового керування тиристорiв iмпульсами прямокутної форми. На вхiд БФК надходять шiсть зсунутих одна відносно одної на 60 град. напруг синхронiзацiї НС з трансформатора блоку живлення. Кожен канал БФК складається з формувача iмпульсiв у виглядi тригера, промiжного узгодженого пiдсилювача-формувача, транзисторного каскаду пiдсилення.

112

ЛЕКЦІЯ 12

12.1. Зварювальнi багатопостовi випрямлячi. Загальнi вiдомостi

Багатопостовi системи живлення можуть бути як постiйного, так i змiнного струму. Серiйно випускаються тiльки системи для живлення постiв постiйним струмом вiд багатопостових випрямлячiв, розрахованих на струм 1000, 1600, 5000 А i призначених для ручного дугового i механiзованого зварювання у вуглекислому газi.

У багатопостових системах постiйного струму зварювальне джерело постачає енергiєю декiлькам постам, число яких можна розрахувати iз спiввiдношення:

де - IНОМ - номiнальний струм випрямляча, А;

-IП - номiнальний струм зварювального поста, А;

-k - коефiцiєнт не одночасної роботи постів.

При визначеннi числа постiв слiд враховувати, що не всi вони працюють одночасно в однакових режимах (неробочий хiд, навантаження, коротке замикання), i тому до формули (12.1) вводиться коефiцiєнт “k”. Для ручного i механiзованого зварювання пiд флюсом k=0,5...0,7, для зварювання у вуглекислому газi k=0,7...0,9.

Багатопостовi випрямлячi доцiльно застосовувати там, де на вiдносно невеликих виробничих площах доводиться зосереджувати велике число однопостових джерел. Застосування таких випрямлячiв створює умови для пiдвищення продуктивностi працi, бiльш рацiонального використання виробничих площ, зниження капiтальних вкладень i витрат на обслуговування джерел, покращення умов працi зварникiв. Крiм цього, вiдбувається значна економiя електроенергiї, оскільки джерело практично не працює в режимi неробочого ходу. До недолiкiв можна вiднести низький коефiцiєнт корисної дiї системи за рахунок теплових втрат у баластових реостатах, небезпеку масового простою постiв у випадку виходу iз ладу випрямляча.

Основною вимогою до багатопостових установок є незалежнiсть роботи кожного поста як в усталених, так i в перехiдних режимах. При цьому напруга неробочого ходу на кожному посту повинна бути достатньою для початкового

113

збудження дуги. Тому зовнiшня характеристика джерела живлення повинна бути жорсткою оскільки при спаднiй характеристицi коротке замикання на одному посту викличе зниження напруги джерела i згасання дуги на інших постах.

Вихiдна напруга при змiнi навантаження вiд 50 до 100 % номiнальної величини повинна змiнюватись не бiльш нiж на 4 В.

Багатопостова система має загальне джерело, шинопровiд або зварювальнi кабелi, постовi пристрої (рис.12.1). Регулювання параметрiв режиму на постах може виконуватись за допомогою баластових реостатiв або дроселiв, а також постових тиристорних випрямних пристроїв.

Рис. 12.1. Спрощені електричні схеми багатопостових випрямлячів з баластовими реостатами (а) і випрямними постовими пристроями (б)

Бiльш поширеною є система, що складається з багатопостового випрямляча постiйного струму i постових баластових реостатiв Rб, які виконують функцiї розв’язки, регулятора струму, напруги i створення спадних характеристик на посту. (рис. 12.1 а).

Рiвняння зовнiшньої характеристики на окремому посту i принцип регулювання струму можна вивести з умов роботи зварювального поста в режимi навантаження.

UВ=U20=Uб+UП=IДRб+UП, UП=UВ-IДRб. (12.2)

З рiвняння (12.2) видно, що зі зростанням струму IД падiння напруги IДRб на баластовому опорi збiльшується, напруга UП поста знижується, тобто:

114

IД - Þ IДRб - Þ UП ¯.

Якщо в системi застосовується баластовий реостат з малим опором, то на посту створюються пологоспаднi зовнiшнi характеристики, необхiднi для механiзованого зварювання у вуглекислому газi. При ручному дуговому зварюваннi для створення крутоспадних характеристик застосовуються реостати з великим опором.

При навантаженнi падiння напруги на посту UП=UД. Тодi, з рiвняння (3.8)

IД=(UВ-UД)/Rб.

Регулювання зварювального струму на посту здiйснюється за рахунок змiни опору баластового реостату.При зварюванні в CO2 баластовим опором змінюють напругу на дузі.

Конструкцією випрямляча передбачено також ступінчасте регулювання напруги Uв.

Система багатопостового живлення з постовими пристроями у вигляді тиристорно-діодного випрямного блоку (рис. 3.54 б) забезпечує роздільне регулювання струму та напруги. За рахунок ЗЗН і ЗЗС можливо створювати різні за формою види зовнішніх характеристик.

12.2. Конструкцiї багатопостових зварювальних випрямлячiв

Для ручного дугового зварювання застосовуються багатопостовi зварювальнi випрямлячi типу ВДМ-1001УХЛ4 i ВДМ-1601У3.

Спрощену принципову електричну схему ВДМ-1201 подано на рис.12.2. Випрямляч складається з трифазного знижувального трансформатора,

випрямного блоку, вентилятора, пускової i захисної апаратури. Первиннi обмотки трансформатора Iа, Ib, Ic з’єднанi у зiрку, вториннi IIa, IIb, IIc i IIIa, IIIb, IIIc - в двi зiрки з виведеними нулями. Випрямний блок VD, зiбраний за шестифазною кiльцевою схемою, складається з шести вентилiв у кожнiй фазi. Живлення випрямляча здiйснюється вiд мережi через автоматичний вимикач OF. ВДМ-1201 вмикається при вимкненому навантаженнi кнопкою S1. При цьому вмикаються пускачi К1, К2, електродвигун вентилятора М i трансформатор Т. Для виключення помилкових спрацьовувань і максимального захисту автоматичного вимикача QF у коло первинної обмотки трансформатора введеннi додатковi резистори R2 i R3. Послiдовнiсть вмикання апаратури обрана такою, що спочатку контактами пускача К1 вказанi опори вмикаються в первиннiй обмотцi, а далi шунтуються головними контактами К2.2 пускача К2. Випрямляч зупиняється натисканням

115

кнопки S2. Трансформатор захищений вiд перевантажень тепловими реле КК2, вмонтованими в магнiтний пускач К2, якi вимикають ВДМ вiд мережi при перевантаженнях. Кола керування захищенi плавкими запобiжниками FU1-FU3. Вентилi випрямного блоку мають захист вiд перенапруг у виглядi R-C кiл. Для контролю роботи передбаченi амперметр РА з шунтом RS, вольтметр PV i сигнальна лампочка HL.Отримання спадних характеристик i регулювання струму на зварювальних постах здiйснюється баластовими реостатами типу РБ, які підключаються до навантаження за допомогою рубильникiв. При рiзних комбiнацiях увiмкнених рубильникiв реостат може змiнювати опiр вiд 0,1 до 5 Ом. Випрямляч ВДМ-1601У3 має таку ж електричну схему, але його випрямний блок зiбраний з 12 вентилiв, тобто по два вентилі в кожному плечi паралельно. Джерела типу ВДМ нестабiлiзованi, однак у них передбачено можливiсть пiдвищення вихiдної напруги на 5% з метою отримання номiнальної випрямленої напруги при зниженнi напруги мережi.

Рис. 12.2. Спрощена принципова електрична схема ВДМ-1201

Для зварювання у вуглекислому газi до багатопостового випрямляча висуваються бiльш жорсткi вимоги. Оскільки при зварюваннi в СО2, виходячи з технологiчних вимог, не допускається коливання робочої напруги бiльш, нiж на

116

1,5 В, вихiдна напруга випрямляча повинна бути стабiлiзована з точнiстю не нижче 5%, а зовнiшня характеристика повинна мати нахил не бiльш 0,002 В/А. Крiм цього, глибина регулювання напруги повинна складати порядку 2, постовий пристрій повинен обмежувати розбризкуваня електродного металу.

Для механiзованого зварювання у вуглекислому газi застосовуються випрямлячi типу ВМГ-5000 i ВДГМ-1602.

Багатопостовий зварювальний випрямляч ВМГ-5000 призначений для механiзованого зварювання в СО2 на 30 постах з номiнальним струмом на посту 315 А. Вiн має жорстку зовнiшню характеристику i зiбраний за шестифазною схемою випрямлення зі зрівняльним реактором i використанням некерованих вентилiв В200. Багатопостова система має розподiльнi шинопроводи низької i пiдвищеної напруги. На кожнiй автономнiй системi шинопроводiв можна змiнювати напругу в незалежностi вiд напруги на іншій, що досягається за рахунок змiни вихiдної напруги випрямляча. Для цього первинна обмотка трансформатора з нормальним розсiянням з’єднана в “зiрку”, секцiонована, що дозволяє отримати п’ять значень фазних ЕРС вторинних обмоток (низького 30, 35, 40, 50 В i високого 60 В). При зварюваннi в СО2 дротом дiаметром менше 2мм рекомендується вмикати пости на шинопроводи з низькою напругою, бiльше 2мм - на шинопроводи з пiдвищеною напругою.

Формування пологоспадної зовнiшньої характеристики i регулювання напруги на посту здiйснюється баластовими реостатами типу РБГ. Вiд настроювання опору баластового реостату залежить надiйнiсть запалювання дуги i стiйкiсть процесу зварювання. Для забезпечення надiйного запалювання i стiйкостi процесу при великокрапельному переносi металу RБ повинне бути не меншим за 0,12 Ом, для обмеження розбризкувань - не менше 0,07 Ом. При зварюваннi в вертикальному i стельовому положеннях з метою забезпечення направленого перенесення електродного металу величину RБ доводиться зменшувати. Тому, в цьому випадку для зменшення розбризкувань постовий пристрій доповнюється дроселем.

Для зварювання плавким електродом у вуглекислому газi застосовуються також багатопостовi випрямлячi серiї ВДГМ, у яких електричнi схеми силових кiл i системи фазового керування тиристорами такi ж, як i у випрямляча типу ВДУ-1601. Вони забезпечують сталість випрямленої напруги з точнiстю ±1 В як при змiнах навантаження, так i при коливаннях напруги мережi живлення в дiапазонi вiд +5% до -5% номiнального значення U1. Регулювання режимiв

117

зварювання при використаннi цих випрямлячiв виконується як баластовим реостатом типу РБГ, так i змiною швидкостi подавання електродного дроту.

Поряд з багатопостовими системами живлення, розглянутими вище, в промисловостi застосовуються i багатопостові унiверсальнi зварювальнi випрямлячi з тиристорним регулюванням струму i напруги на кожному посту. Такi установки можуть розмiщуватись на рiзних зварювальних дiлянках, утворюючи при необхiдностi мiсцевi системи багатопостового живлення. До них належать випрямлячi типів ВДУМ-2х301 i ВДУМ-4х401, розрахованi на живлення двох i чотирьох постiв.

Унiверсальнi тиристорнi випрямлячi з безреостатним регулюванням режиму постiв мають загальний зварювальний трансформатор i незалежнi тиристорнi випрямнi блоки з самостiйними пристроями фазового керування.

Постовий блок формує як крутоспаднi, так i жорсткi зовнiшнi характеристики i може застосовуватись при ручному i механiзованому зварюваннi в СО2. Система з паралельно працюючими тиристорними блоками накладає додатковi вимоги на вибір схеми випрямлення зварювального посту, оскільки працюючий тиристор одного випрямного блоку не повинен шунтувати тиристор іншого. Рацiонально використовувати шестифазну нульову або несиметричну трифазну мостову схему, у якій тиристори встановленi тiльки в катоднiй групi. Випрямлячi можуть бути також виконанi за простою шестифазною схемою випрямлення або двiчi трифазною зі зрівняльним реактором. Недоцiльне застосування трифазної мостової i шестифазної кiльцевої схем випрямлення.

Спрощену принципову електричну схему силової частини ВДУМ-4х401 подано на рис.12.3.

Випрямляч складається з трансформатора Т, чотирьох незалежних силових тиристорних випрямлячiв, блокiв фазового керування БФК з датчиками струму на магнiтних пiдсилювачах А i дроселів L, увiмкнутих у коло випрямленого струму. Дросельна котушка призначена не тiльки для згладжування i обмеження пiкiв струму в процесi зварювання, але й виконує роль розподiльного дроселя, що забезпечує незалежнiсть роботи постiв i тиристорних випрямних блокiв. Схема випрямлення виконана за простою шестифазною схемою з нульовою точкою. Схема фазового керування тиристорами кожного поста працює за вертикальним принципом. У випрямних блоках застосовуються тиристори типу Т-160.

118

Рис. 12.3. Спрощена електрична схема силової частини випрямляча ВДУМ-4х401

119

ЛЕКЦІЯ 13

13.1. Iнверторнi зварювальнi випрямлячi. Конструкцiя та принцип дiї

Широке застосування в зварювальнiй технiцi знайшли iнверторнi (високочастотнi) джерела живлення, які при добрих масо-габаритних характеристиках дозволяють забезпечувати стiйку i надiйну роботу в рiзних зварювальних режимах. Функцiональну схему iнверторного випрямляча подано на рис.13.1.

Рис. 13.1. Функціональна схема інверторного випрямляча

Трифазна напруга мережi випрямляється силовим випрямним блоком VD1- VD6 зiбраним за мостовою схемою випрямлення. Випрямлена однофазна напруга згладжується С-фiльтром i потiм перетворюється (iнвертується) у змiнну напругу високої частоти за допомогою блока iнвертора БI, побудованого за рiзними схемами iнвертування на транзисторнiй або тиристорнiй елементнiй базi. Високовольтна високочастотна змiнна напруга знижується силовим трансформатором Т, випрямляється блоком VD зiбраним за однофазною двопiвперiодною схемою, згладжується L-C фiльтром i подається на дугу. У такому випрямлячi енергiя зазнає декiлькох ступенiв перетворення i не дивлячись на складнiсть схеми, вiн є достатньо економiчним i перспективним. Трансформацiя напруги здiйснюється на пiдвищенiй частотi, що дозволяє на 60-80% зменшити масо-габаритнi показники трансформатора. З пiдвищенням частоти необхiдно менше часу на перемагнiчування осердя i, отже, для тiєї ж потужностi трансформатора необхiдно мати меншу кiлькiсть активних матеріалiв. Крiм того iнверторне джерело має досить

120