- •ВВЕДЕНИЕ
- •ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДУГОВОГО РАЗРЯДА И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРОЧНОЙ ДУГИ
- •ОСОБЕННОСТИ СВАРОЧНОЙ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
- •ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОТЫ ОДНОФАЗНЫХ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
- •ТРАНСФОРМАТОРЫ С УВЕЛИЧЕННЫМ МАГНИТНЫМ РАССЕЯНИЕМ В КОМБИНАЦИИ С РЕАКТИВНОЙ ОБМОТКОЙ
- •Фикм = ФоК = Фов;
- •МНОГОПОСТОВЫЕ СВАРОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
- •Импульсные возбудители дуги
- •ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОТЫ СВАРОЧНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
- •Сварочный преобразователь ПСО-120
- •ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СВАРОЧНЫХ ГЕНЕРАТОРАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
- •Umin = 27,0 в;
- •СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С РАСЩЕПЛЕННЫМИ ПОЛЮСАМИ
- •СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПОПЕРЕЧНОГО ПОЛЯ
- •^о = Ег0 = СФпо,
- •МНОГОПОСТОВЫЕ СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
- •ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СВАРОЧНЫЕ УСТАНОВКИ
- •Типовые схемы выпрямительных установок
- •Однофазные выпрямительные сварочные установки
- •Трехфазные выпрямительные сварочные установки типа СПГ-100, СПС-100, СПС-300
- •ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
- •ВЫБОР И МОНТАЖ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
- •ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
ГЛАВА X V III
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ СВАРОЧНЫЕ УСТАНОВКИ
§ 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ и СВОЙСТВА ТИПОВЫХ СХЕМ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Первые образцы сварочных установок с выпрямителями были разработаны в СССР и за границей в середине 30-х годов. В большин стве установок применялись ртутные выпрямители. В опытном об разце, разработанном в 1935 г. в МВТУ имени Баумана, был приме нен полупроводниковый сульфидный выпрямитель. Однако в то время уровень развития выпрямительной техники не позволял создать мощные и надежные в эксплуатации установки для питания сварочной дуги, которые обладали бы относительно высокими технико-эконо мическими показателями.
В последние пщ>1, в связи с развитием техники полупроводников, выпрямители получают все большее применение в силовых электро технических установках, в том числе в установках для питания сва рочной дуги.
Выпрямительные элементы — вентили. Выпрямительные свароч
ные |
установки |
собираются |
из |
полупроводниковых элементов — |
||||
вентилей. |
Как |
известно, |
полупроводниковый |
вентиль обла |
||||
дает свойством проводить ток только в одном |
направлении, |
|||||||
называемом |
прямым. В |
прямом |
направлении |
электропровод |
||||
ность |
вентиля очень высока, |
т. |
е. |
сопротивление |
его невелико. |
|||
В обратном |
направлении |
полупроводниковый вентиль практически |
не пропускает электрический ток, так как его проводимость крайне мала. В соответствии с этим свойства вентиля характеризуются сле дующими величинами.
Допустимое среднее значение рыпрямленного тока 1ан или допу стимая плотность этого тока, отнесенного к единице активной поверх ности вентиля jUHа/см2, зависит от условий охлаждения. При искус ственном воздушном охлаждении нагрузка вентиля может быть уве личена в 2—2,5 раза по сравнению с естественным охлаждением.
Падение напряжения в вентиле в прямом направлении &UaH при номинальном среднем значении выпрямленного тока 1ан в значи тельной степени определяет потери энергии и к. п. д. вентиля.
Обратный ток 1вн также характеризует выпрямительные свойства вентиля; он вызывает дополнительные потери энергии, снижающие к. п. д. вентиля.
22 Рабинович 22
Допустимое действующее значение обратного напряжения UPH ограничивает величину действующего значения напряжения пере
менного тока |
t/~, которое |
может быть |
приложено к |
вентилю и, |
следовательно, |
определяет |
среднее значение Ucp и действующее зна |
||
чение и= выпрямленного |
напряжения. |
Превышение |
допустимого |
обратного напряжения в течение длительного промежутка времени может вызвать пробой вентиля и потерю им выпрямительных свойств. С повышением температуры вентиля вероятность пробоя увели чивается.
Наибольшее применение в силовых электротехнических установ ках, в том числе и в сварочных, получили в настоящее время селено вые вентили. В последние годы были разработаны новые полупровод никовые германиевые и кремниевые вентили, которые по своим тех ническим данным (мощность одного элемента, допустимая величина обратного напряжения, к. п. д., габариты и т. п.) значительно пре восходят селеновые выпрямительные элементы.
Однако необходимо отметить, что германиевые вентили менее надежны в работе при перегрезках, чем селеновые.
Основные технические данные селеновых вентилей для естествен ного охлаждения приведены в табл. И.
|
Основные технические данные селеновых вентилей |
Таблица 11 |
|||||
|
|
||||||
|
|
1ан |
1вн |
|
Допустимая |
Гарантиро |
|
|
|
К . п. д. |
ванный срок |
||||
* и ан |
и в н в в |
в ма/см2 |
в ма/см.2 |
температура |
|||
вентиля |
службы |
||||||
В в |
|
при |
при |
|
нагрева в °С |
в час. |
|
|
|
Т=35° С |
Т=35° С |
|
|
1 —1,2 |
16—18 2 0 -2 5 |
О Vi |
о |
0,95 |
<70 |
5000—10 000 |
Типовые схемы выпрямительных установок
В сварочных установках с селеновыми выпрямителями наиболь шее распространение получили две типовые схемы: однофазная мостовая схема двухполупериодного выпрямления и трехфазная мостовая схема выпрямления (схема А. Н. Ларионова).
В однофазной мостовой схеме (фиг. 186, а) вентили включены в четыре плеча, образующие мост, сходный по схеме с измерительным мостом. В одну диагональ моста включается нагрузка Я, питаемая выпрямленным током, имеющим действующее значение /=; дейст вующее значение выпрямленного напряжения на выходе будет Я*=. В другую диагональ моста включается однофазный источник пере менного тока с действующим значением напряжения U~.
При одном направлении переменного напряжения ток проводят две группы вентилей, лежащие в противоположных плечах, напри мер, вентили /, 3. Во вторую половину периода, при обратном напра влении напряжения, ток проводят два других плеча схемы (вентили
2, 4)у так, что направление тока в нагрузке в оба полупериода не изменяется. Форма пульсирующей кривой выпрямленных токов и напряжений при активной нагрузке показана на фиг. 186, а. Частота пульсаций равна удвоенной частоте переменного тока — 100 гц.
Обратное напряжение UBв плече, которое не проводит в данный момент ток, равно действующему значению переменного напряже ния U~y так как в непроводящую часть периода это плечо присоеди нено через другое работающее плечо ко вторичному напряжению сварочного трансформатора. Ток в каждом плече проходит только
в |
одну |
половину |
периода. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Следовательно, |
среднее |
зна |
|
|
|
|
|
|
||||||
чение |
выпрямленного |
тока |
|
|
|
|
|
|
||||||
в |
плече |
1п |
равно |
половине |
|
|
|
|
|
|
||||
среднего значения тока на- |
|
|
|
|
|
|
||||||||
грузки |
1ср. |
|
|
мостовой |
|
|
|
|
|
|
||||
|
В |
трехфазной |
|
|
|
|
|
|
||||||
схеме выпрямления вентили |
|
|
|
|
|
|
||||||||
включены в шесть плеч моста |
|
И*М |
L + |
|
|
|||||||||
соединены между |
собой |
все |
|
-| |
|
1 |
|
|||||||
|
* |
|
|
|
||||||||||
|
' |
ия |
"Н |
|
||||||||||
катоды, |
образующие |
катод |
|
|
||||||||||
ную |
группу, а |
в остальных |
|
-М-1-Н— 1 |
|
г |
|
|||||||
трех |
соединены |
все |
аноды, |
|
|
В) |
~ |
|
||||||
|
|
|
|
|||||||||||
составляющие анодную груп |
|
|
|
|
||||||||||
пу выпрямителя. От |
общих |
Фиг. |
186. Типовые схемы |
выпрямительных |
||||||||||
точек |
этих |
соединений |
де |
|
|
установок: |
|
|
||||||
лаются выводы для подклю |
а — однофазная мостовая |
схема; б — трехфазная |
||||||||||||
чения нагрузки. К трем про |
|
мостовая |
схема. |
|
||||||||||
|
источник |
трехфазного |
перемен |
|||||||||||
межуточным точкам подключается |
||||||||||||||
ного тока с линейным напряжением U~. |
|
каждый |
данный |
|||||||||||
|
В |
трехфазной |
мостовой схеме |
выпрямления в |
момент времени проводят ток только два плеча, соединенные после довательно через нагрузку.
Следовательно, каждое плечо проводит ток только 73 периода, т. е. средний выпрямленный ток в плече 1п будет равен 73 среднего тока нагрузки 1Ср.
В мостовой трехфазной схеме 'выпрямляются обе полуволны переменных напряжений во всех трех фазах, благодаря чему пульса ции выпрямленного напряжения значительно уменьшаются, а число их за период равно удвоенному числу фаз системы, т. е. шесть пуль саций за период или 300 гц (см. фиг. 186, б). Аналогично однофазной мостовой схеме действующее значение обратного напряжения в вен тиле, не проводящем ток, будет равно линейному напряжению пере менного тока U~.
Во избежание перегрева расчет и выбор вентилей при проектиро вании выпрямительной установки производится для значения ЯР°/0= = 100%.
22*
В зависимости от действующего значения обратного напряжения JB заданного значения выпрямленного тока отдельные вентили, вклю ченные в плечи выпрямителя, соединяются между собой последова тельно и параллельно.
Число Последовательно включенных вентилей п определяется из выражения
(259)
а число параллельно включенных вентилей а — из выражения
(260)
где 1п — среднее значение выпрямленного тока в плече для данной схемы выпрямителя;
1ан — допустимое номинальное среднее значение тока в одном вентиле.
Основные соотношения между напряжениями, а также токами в однофазной и трехфазной мостовых схемах выпрямителей при актив
ной нагрузке |
приведены в табл. 12. |
|
|
||||
|
Из приведенных в табл. |
12 соотношений и уравнений (259) и (260) |
|||||
нетрудно установить, что |
для заданных значений |
выпрямленного |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 12 |
Основные соотношения в типовых схемах |
выпрямителей |
при активной нагрузке |
|||||
|
Тип схемы |
|
и ср |
£/= |
и = |
! л _ |
* |
|
|
TTZ |
|
||||
|
|
|
|
и 7р |
1ср |
“ Реу |
|
|
|
|
|
|
|||
; |
Однофазная |
мо |
0,9 |
1 |
1,11 |
0,5 |
1,23 |
|
стовая |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Трехфазная |
мо |
1,35 |
-1,35 |
— 1 |
0,33 |
1,05 |
|
стовая |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
напряжения и тока нагрузки общее число вентилей в трехфазной мостовой схеме будет меньше, чем в однофазной.
Обычно общее количество вентилей в трехфазной схеме составляет около 70% от количества вентилей, необходимых для однофазной схемы выпрямления, что является одним из преимуществ трехфаз ной мостовой схемы.
К преимуществам трехфазной мостовой схемы выпрямления по сравнению с однофазной относятся также равномерная загрузка сило вой сети переменного тока и лучшее использование трансформатора, питающего выпрямитель.
Коэффициент использования трансформатора выпрямительной установки обычно определяется из отношения расчетной мощности трансформатора Рр к мощности выпрямителя Рву = UcpIcp, т. е. .
kа Л . Рву
Как видно из данных табл. 12, расчетная мощность трансформа тора для трехфазной мостовой схемы будет меньше, чем для одно фазной, при одинаковой мощности выпрямителя.
§ 2. КОНСТРУКЦИЯ и СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СВАРОЧНЫХ УСТАНОВОК
В большинстве случаев применяют выпрямительные сварочные установки с падающими внешними характеристиками. Для питания выпрямительного блока используют сварочные трансформаторы с увеличенным рассеянием или отдельным дросселем. Настройка или регулирование режима производится путем изменения индуктивности рас сеяния сварочного трансформатора или при помощи изменения индук тивного сопротивления' 'отдельного дросселя.
В качестве отдельных дросселей применяются как дроссели обычных конструкций с воздушным зазором в сердечнике и подвижным пакетом, так и дроссели насыщения.
Одна из типовых схем дросселей насыщения показана на фиг. 187. Дроссель имеет две обмотки пере менного тока, размещенные на край них стержнях сердечника, а . на среднем стержне расположена подмагничивающая обмотка, питаемая
от постороннего источника постоянного тока. Катушки обмотки переменного тока включены между собой последовательно так, чтобы потоки, создаваемые этими' катушками в среднем стержне, взаимно компенсировали друг друга (см. фиг. 187). Благодаря этому результирующая э. д. с. (первая ее гармоника), которая индукти руется потоками обмотки переменного тока в подмагничивающей обмотке, будет равна нулю.
Существует несколько типов сердечников и схем соединения об моток дросселей насыщения, но во всех этих схемах соблюдается прин цип компенсации переменной э. д. с., индуктируемой в подмагничи вающей обмотке, аналогичный описаннному выше.
Подмагничивающая обмотка дросселя насыщения, питаемая по стоянным током, создает дополнительное магнитное поле, которое