zdg_konspect

Рис. 6.6. Спрощена електрична схема трансформатора з тиристорним регулятором у вторинному колі

У позитивному пiвперiодi осцилограми струму i напруги з моменту t1 струм почне пропускати тиристор VS1, включений з запiзненням на електричний кут «α» вiдносно часу t0, тобто коли на його керуючий електрод вiд БФК поступить вiдпираючий iмпульс (рис. 6.7). Вимикання VS1 вiдбудеться в момент часу t2, що пов’язано iз зникненням позитивного потенцiалу на анодi тиристора. У негативному пiвперiодi з таким же запiзненням на кут «α» з моменту t3 увімкнеться VS2 i вимкнеться в момент t4.

Рис. 6.7. Осцилограма струму і напруги трансформатора з тиристорним регулятором у вторинному колі

61

Напруга на навантаженнi UДЖ вiдрiзняється вiд U2, i її середнє значення за

З рiвнянь (6.1) i (6.2) видно, що середнє значення напруги на навантаженнi UДЖ складає частину середнього значення вторинної напруги U2СР:

Регулювання струму i напруги навантаження залежить вiд кута вiдкриття тиристора «α», тобто вiд моменту часу подачi вiдпираючого iмпульсу на керуючий електрод VS. Iз збiльшенням «α» напруга UДЖ i I2 спадають.

a -ÞU ДЖ ¯Þ I2 ¯.

Осцилограма зварювального струму I2 при горiннi дуги вiд тиристорного трансформатора дещо вiдрiзняється вiд поданої на рис.6.7.

З моменту t1 струм зростає бiльш плавно i його протікання триває до моменту дещо пізніше t2. Тому реальна крива струму навантаження наближається до синусоїди, особливо при малих кутах вiдкриття тиристора «α».

Система фазового регулювання при всiх її перевагах (плавнiсть регулювання струму i навантаження, низькi масо-габаритнi показники i т.д.) має ряд суттєвих недолiкiв, оcновним серед яких є зниження стiйкостi горiння дуги змiнного струму. З рис.6.7 видно, що в iнтервалах t0-t1, t2-t3 утруднене повторне запалювання дуги, оскільки цей час переривання в горiннi дуги створює умови для охолодження мiжелектродного промiжку. Причому, чим бiльший кут вiдкриття тиристора, тим нижча стiйкiсть. Для усунення цього недолiку в схему ТТ вводиться коло пiдживлення, яке пiдтримує горiння малопотужної дуги в час переривання горiння основної зварювальної дуги. Такi ТТ вiдносяться до трансформаторiв з колом пiдживлення, окремi електричнi схеми силової частин яких поданi на рис.6.8 а,б.

Струм пiдживлення iП поданий на рис 6.7 пунктирною лiнiєю, i величина його

62

може складати вiд 10 до 30 А в залежностi вiд призначення трансформатора. Фазорегулятор може бути увімкнений в коло первинної або вторинної обмотки трансформатора, в залежностi вiд номiнальної його потужностi (рис. 6.8 а,б).

Рис. 6.8. Спрощені електричні схеми (а,б) тиристорних трансформаторів з колом підживлення

При встановленнi ФР у вторинну обмотку, у зв’язку з бiльшою величиною комутованого (зварювального) струму, необхiдно застосовувати потужнi дорогi тиристори або збiльшувати їх число для встановлення на паралельну роботу. При включеннi ФР у первинну обмотку вiдпадає необхiднiсть застосовування потужних тиристорiв, але принцип регулювання параметрiв такий самий. Крива струму навантаження має вигляд спотвореної синусоїди. Пiдживлення в цьому випадку створюється за рахунок шунтування тиристорного регулятора ФР дроселем L з iндуктивним опором ХL, що значно перевищує величину ХТ.

Формування зовнiшнiх характеристик у тиристорному трансформаторi

Якщо кут регулювання в СФК задавати вручну i не змiнювати в процесi навантаження, то тиристорний трансформатор буде працювати на природних зовнiшнiх характеристиках, наведених на рис.6.9. При цьому нахил характеристик буде залежати вiд величини ХТ. Коло пiдживлення має високу напругу неробочого ходу та крутоспадну нерегульовану зовнiшню характеристику-1.

У реальних трансформаторах, призначених для конкретних видiв зварювання, вдаються до формування зовнiшнiх характеристик з потрібною крутизною. У випадку роботи тиристорного трансформатора у складi зварювального автомата з незалежною вiд дугової напруги швидкiстю подачi електродного дроту ТТ повинен мати жорстку або положистоспадну зовнiшню характеристику. Для цього застосовують ТТ зi зворотним від’ємним зв’язком за напругою. Для формування

63

спадних ВАХ використовуються ТТ зі зворотним від’ємним зв’язком за струмом. Таким чином, для отримання заданих характеристик, а також для стабiлiзацiї режиму зварювання в тиристорному трансформаторi застосовують замкнутi системи автоматичного регулювання. Функцiональну схему ТТ зі зворотним зв’язком за струмом як об’єкту автоматичного регулювання подано на рис.6.10.

Рис. 6.9. Зовнішні природні характеристики тиристорного трансформатора

Рис. 6.10. Функціональна схема тиристорного трансформатора із зворотним зв’язком за струмом

64

Датчик струму формує сигнал, пропорцiйний зварювальному струму UДС=kI2, який порiвнюється в блоці порівняння БП з сигналом, пропорцiйним заданому

значенню струму UЗС=kIЗС. Рiзниця двох сигналiв UДС-UЗС = k(I2-IЗС) подається до блоку БФК i, змiнюючи кут керування «α» тиристорiв вихiдного пристрою, дiє на

величину вторинної напруги U2 трансформатора Т. Таким чином, при збiльшеннi зварювального струму I2 кут «α» зростає, що призводить до зменшення U2.

I2 -ÞU ДС -Þ (U ДС -UЗС ) -Þ ''a'' -ÞU2 ¯.

На рис.6.11 показано, як з природних положистоспадних характеристик трансформатора формується штучна крутоспадна зовнiшня характеристика.

У режимi неробочого ходу струм I2=0, i тому зворотний зв’язок не дiє, тобто кут вiдкриття тиристора «α» дорiвнює 0, а величина U2 максимальна (точка 1). У режимi навантаження зі зростанням I2 кут «α» збiльшується, а U2 знижується. В такому разi режим роботи трансформатора вiдображується робочими точками 2,3,4 в залежностi вiд величини кута керування «α». При введеннi зворотних зв’язкiв за напругою дуги або мережi отримують стабiлiзованi (незалежнi вiд коливання напруги мережi) жорсткi зовнiшнi характеристики.

Рис. 6.11. Зовнішня характеристика тиристорного трансформатора із зворотним зв’язком за струмом

6.3 Конструкцiя тиристорних трансформаторiв. Трансформатори типу ТДФЖ

Трансформатори типу ТДФЖ-1002У3 i ТДФЖ-2002У3 призначенi для автоматичного зварювання пiд флюсом. Вони мають тиристорне регулювання i забезпечують iмпульсну стабiлiзацiю процесу зварювання. Магнiтопровiд силового

65

трансформатора-4 стрижневого типу, набiрний i виготовлений зi сталi марки 3414, товщина листiв 0,35 мм (рис.6.12).

Обмотки виконанi шиною, намотаною на ребро, i встановленнi на стрижнях на заданiй вiдстанi один вiд одного. Тому природнi характеристики трансформатора - спадні. Первинна-1 i вторинна-2 обмотки складаються кожна з двох котушок, роздiлених на двi послiдовно з’єднанi секцiї. Мiж секцiями котушок вторинної обмотки встановленi обмотки iмпульсної стабiлiзацiї. У вiкнi трансформатора розмiщеннi двi котушки реакторної обмотки-3, якi дозволяють проводити ступінчасте регулювання струму.

Рис. 6.12. Конструкція магнітопровода і розміщення котушок трансформатора ТДФЖ-1002 У3

Трансформатор ТДФЖ-1002 має два дiапазони зварювального струму, причому для роботи на ступенях малих струмiв котушки реакторної обмотки включенi послiдовно i узгоджено по вiдношенню до первинної обмотки. У трансформаторi ТДФЖ-2002 котушки реакторної обмотки увімкнені послiдовно для зварювання в дiапазонi малих струмiв i паралельно - в дiапазонi середнiх струмiв. При зварюваннi на ступенях великих струмiв реакторнi обмотки вимикаються. Регулювання зварювальної напруги i формування штучної положистоспадної характеристики виконується за допомогою пари зустрiчно-паралельно з’єднаних силових тиристорiв. Спрощену принципову схему трансформатора ТДФЖ-1002У3 подано на рис.6.13.

66

Рис. 6.13. Спрощена принципова електрична схема трансформатора ТДФЖ-1002 У3

Регулятором напруги на первиннiй обмотцi силового трансформатора Т1 слугують тиристори VS1 i VS2. При зварюваннi в дiапазонi великих струмiв обмотки 7, 8 реакторної котушки вимикаються. Iмпульси керування надходять на тиристори з блоку фазозсувного керування БФК, на вхiд якого подано рiзницю сигналiв завдання робочої (опорної) напруги i зворотного зв’язку. Коло завдання робочої напруги живиться вiд обмотки Т2.3 допомiжного трансформатора Т2. Пiсля випрямлення мостом VD1 i згладжування конденсатором C4 напруга подається на стабiлiтрон VD2. Для стабiлiзацiї робочої напруги трансформатора використовується подiлювач з резисторiв R5 i R6. На потенцiометр завдання робочої напруги R7 подається різниця стабiлiзованої напруги – на стабiлiтронi VD2 i не стабiлiзованої – на резисторi R5. Таким чином, у випадку пiдвищення напруги мережi сигнал завдання на R7 зменшується, а при зниженнi напруги мережi - збiльшуєься. Напруга завдання з потенцiометру R7 порiвнюється з сигналом зворотного зв’язку за робочою напругою. Коло зворотного зв’язку складається з випрямного блоку VD3, резисторiв подiлювача напруги зворотного зв’язку R10,

67

R11 i згладжувального конденсатора С6. У повнiстю сформованному виглядi напруга зворотного зв’язку видiляється на R11. Резистори R8 i R9 слугують для встановлення мiнiмального i максимального значень робочої напруги трансформатора. Рiзниця мiж напругою завдання i зворотного зв’язку через R-C фiльтр (R12, C5) подається на вхiд БФК. Зменшення напруги на виходi трансформатора в результатi дiї будь-яких збурень (наприклад зменшення вильоту електрода) призводить до зниження сигналу зворотного зв’язку. Оскільки напруга завдання залишається постiйною, то зростає рiзницевий сигнал на входi БФК. Заряд часозадаючого конденсатора фазозсувного пристрою прискорюється, зменшується час вiд початку пiвперiоду напруги мережi живлення до моменту розряду конденсатора i надходження iмпульсiв керування на силовi тиристори. Усе це приводить до пiдвищення напруги трансформатора до попереднього значення. Захист силових тиристорiв вiд комутацiйних перенапруг здiйснюється за допомогою кола R1-C1, захист керуючих переходiв тиристорiв вiд випадкових сигналiв вiдбувається за допомогою R2, R3 i C2, C3. Iмпульсна стабiлiзацiя процесу зварювання здiйснюється за рахунок конденсатора С7 i слабкострумних обмоток 5, 6 трансформатора. При вмиканні вимикача К1 напруга мережi надходить на блок БФК, вузол завдання робочої напруги (обмотка Т2.3) i на вихiдний пристрій БФК (обмотки Т2.4 i Т2.5). На вториннiй обмотцi 3, 4 встановлюється напруга неробочого ходу, вiдповiдна установцi потенцiометра R7. У випадку пробою силових тиристорiв при вiдсутностi навантаження на зварювальних клемах з’являється повна напруга неробочого ходу. Тому для створення умов безпечної роботи оператора передбачено автоматичний захист у виглядi автоматичного вимикача QF. Виводи незалежного розщеплювача QS вимикача QF через нормально-замкнутий контакт магнiтного пускача К2 пiдключенi на вихiднi затискачі трансформатора. Це забезпечує миттєве вiдмикання вимикача - розщеплювача вiд мережi у випадку появи високої напруги неробочого ходу при налагоджувальних роботах.

68

ЛЕКЦІЯ 7

7.1. Трансформатори з ярмовим розсiянням

Трансформатори такого типу використовуються переважно як малогабаритнi i призначенi в основному для ручного дугового зварювання на будiвельномонтажних роботах. Осердя магнiтопроводу стрижневого типу, на рiзних стрижнях якого розташовані первинна-1 i вторинна-2 обмотки. Частина потоків розсiяння Ф1Р i Ф2Р замикаються по повiтрю у вiкнi магнітопровода, а також по повiтрю мiж верхнiм i нижнiм ярмом у виглядi потокiв Ф1ЯР i Ф2ЯР (рис.7.1).

Рис.7.1. Електромагнітна схема трансформатора з ярмовим розсіяння

Уконструкцiю трансформатора введено додаткову обмотку-3 з числом виткiв

WД, яка охоплювє обидва стрижні. Вмикаючи її узгоджено або зустрiчно з вторинною обмоткою, можна змiнювати iндуктивний опiр, розширюючи межi регулювання зварювального струму. Плавне регулювання струму здiйснюється зварювальним кабелем-4, який намотується в той чи iнший бік навколо корпусу трансформатора.

Урежимi неробочого ходу потоки розсiяння малi, тому ЕРС наводиться тiльки

впервиннiй i вториннiй обмотках, тобто U20=E2. У режимi навантаження ярмовi потоки розсiяння наводять у додатковiй обмотцi ЕРС ЕДОД, а в кабельнiй обмотцi ЕКАБ. Цi ЕРС будуть складатися при узгодженому увімкненні обмоток із вторинною обмоткою трансформатора або вiднiматись при зустрiчному їх включеннi.

69

Аналогiчно ж буде додаватися або вiднiматися ЕРС зварювального кабеля.

З виразу (7.1) знайдемо рiвняння вольт-амперної характеристики:

U&2 =U&Д =U&20 − I&2 (XT ± XДОД ± XКАБ ) .

Спадна зовнiшня характеристика створюється за рахунок пiдвищеного магнiтного розсiяння, викликаного розмiщенням первинних i вторинних обмоток на рiзних стрижнях. Нахил ВАХ залежить вiд узгодженого або зустрiчного включення додаткової обмотки i напрямку навивки зварювального кабеля навколо корпусу.

Пристрої живлення зварювальної дуги «Разряд-160», «Разряд-250», ТДК315У3 складаються з трансформатора з ярмовим розсiянням та iмпульсного стабiлiзатора горiння дуги (IСГД) змiнного струму з частотою накладання iмпульсiв

100Гц.

Конструкцiю i роботу трансформатора типу «Разряд-160» подано на рис.7.2. Зварювальний трансформатор призначений для ручного дугового зварювання

на змiнному струмi електродами рiзних марок як для змiнного, так i для постiйного струму (типу УОНИ 13/45 i ОЗЛ-8), а також неплавким електродом для зварювання алюмiнiю i його сплавiв у середовищi аргону.

Первинна обмотка - I i вторинна - II трансформатора розташованi на рiзних стрижнях осердя магнiтопроводу. Додатковi обмотки V, VI, VII намотанi поверх первинної i вторинної обмоток i включенi через перемикач - S спочатку зустрiчно, а потiм згiдно первиннiй обмотцi, що дає можливiсть одержати сiм дiапазонiв зварювального струму. Обмотка III намотуєтся поверх первинної обмотки, обмотка IV - поверх вторинної, а обмотка VIII - поверх первинної i вторинної. Плавне регулювання струму мiж ступенями перемикання проводиться навивкою в той чи iнший бік вiд одного до п’яти виткiв зварювального кабеля, який iде до електродотримача. Стабiлiзатор IСГД монтується на основi, яка встановлюється на 2-х рамах корпусу пiд трансформатором, i складається зі схеми формування iмпульсiв керування тиристорами i силової частини, яка формує стабiлiзуючi iмпульси на дуговий промiжок. Трансформатор повинен видавати стабiлiзуючi iмпульси в той момент, коли напруга при навантаженнi досягає 60-80% вiд ампдiтудного значення на неробочому ходi i в момент переходу струму через нуль при зварюваннi.

70