Функциональные блок-схемы сварочных выпрямителей

Рассмотрим наиболее общую упрощенную типовую блок-схему силовых цепей сварочных выпрямителей с падающими и жесткими внешними характеристиками для сварки плавящимся электродом (рис. 4.1, а).

Сварочный выпрямитель может иметь всего два обязательных блока: трансформатор Тр и выпрямительный блок на неуправляемых V_н или управляемых V_у вентилях (на блок-схеме они выделены сплошной линией). Современные выпрямители, как правило, содержат еще и блок L_С, который также можно отнести к обязательным блокам. Включение в схему линейного (сглаживающего) дросселя L_С снижает скорость нарастания сварочного тока и его максимальное значение при возбуждении дуги, уменьшает разбрызгивание металла при сварке плавящимся электродом, способствуя плавному переносу металла в ванну, а также выполняет роль индуктивного фильтра, сглаживая пульсации выпрямленного сварочного тока.

Трансформатор в такой схеме используется для понижения напряжения, формирования необходимой внешней характеристики и регулирования режима. Поскольку в силовых блоках сварочных выпрямителей однофазные одно- и двухполупериодные схемы выпрямления не применяются из-за значительных пульсаций выходного напряжения, которые отрицательно сказываются на качестве сварного соединения, то трансформаторы в них применяют трехфазные с жесткими или падающими внешними вольт-амперными характеристиками.

а)

б)

Рис. 4.1. Функциональные блок-схемы обычных (а) и инверторных (б) сварочных выпрямителей: V_н, V_у и V_тр – силовые выпрямительные блоки, соответственно неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные и транзисторные); ИН – инвертор; Тр – силовой трехфазный понижающий трансформатор; Lн – дроссель насыщения; L_С – линейный (сглаживающий) дроссель

Выпрямление переменного напряжения происходит в блоке V_н или V_у, схема выпрямления которого определяет частоту пульсаций выпрямленного напряжения. В большинстве силовых выпрямительных блоков сварочных выпрямителей применяют трехфазную мостовую схему выпрямления как наиболее рациональную и имеющую высокие технико-экономические показатели. Более совершенны и более распространены выпрямители на управляемых вентилях – тиристорах. Тиристорный выпрямительный блок за счет фазового управления моментом включения тиристоров обеспечивает регулирование режима, а при введении обратных связей по току и напряжению – и формирование любых внешних характеристик. Иногда тиристорный регулятор устанавливают в цепи первичной обмотки трансформатора Тр. Тогда выпрямительный блок V_н может быть собран из неуправляемых вентилей – диодов. Выпрямительный блок на управляемых вентилях транзисторах – транзисторный регулятор V_тр, наоборот, устанавливают в цепи сварочного тока. С его помощью легко реализовать программное управление процессом сварки.

В некоторых выпрямителях для формирования внешней характеристики и регулирования режима применяют дроссель насыщения L_н.

Инверторные выпрямители также имеют подобную схему (рис. 4.1, б). Инвертор ИН преобразует постоянное напряжение выпрямительного блока V_н1 в высокочастотное переменное напряжение, которое затем понижается трансформатором Т_р и выпрямляется блоком V_н2 или V_у2. Воздействие на параметры инвертора позволяет регулировать режим и формировать внешние характеристики выпрямителя.

В состав любого выпрямителя входят также пускорегулирующая и контрольная аппаратура, блок защиты выпрямителя в аварийных режимах, часто устанавливаются блоки управления, стабилизации и т.п. Схемы управления тиристорных, транзисторных и инверторных выпрямителей сложнее: в них имеются цепи формирования управляющих сигналов и обратных связей.

Выбор компоновочной схемы выпрямления и ее отдельных узлов зависит от способа сварки и свойств дуги, для питания которой предназначается данный выпрямитель. Она в основном и определяет действительные технологические свойства всей установки.

В зависимости от назначения выпрямители различают по типу внешних характеристик.

Для ручной сварки предназначены выпрямители с крутопадающими характеристиками. В большинстве современных отечественных конструкций таких выпрямителей приняты следующие способы формирования крутопадающих характеристик: увеличение сопротивления трансформатора (выпрямитель с трансформатором с подвижными обмотками, с магнитным шунтом или с разнесенными обмотками), использование обратной связи по току (тиристорный, транзисторный и инверторный выпрямители).

При механизированной сварке в углекислом газе и под флюсом в аппаратах, действующих по принципу саморегулирования дуги, применяют однопостовые выпрямители с жесткими, а также с пологопадающими и пологовозрастающими характеристиками. Эти выпрямители имеют, как правило, трансформатор с нормальным рассеянием. В них наиболее распространены такие способы регулирования напряжения, как витковое (выпрямитель с трансформатором с секционированными обмотками), магнитное (выпрямитель с трансформатором с магнитной коммутацией, выпрямитель с дросселем насыщения), фазовое (тиристорный выпрямитель), а также импульсное (частотное, широтное и амплитудное в транзисторном и инверторном выпрямителях). Требования к таким выпрямителям изложены в ГОСТ 13821-77 «Выпрямители однопостовые с падающими внешними характеристиками для дуговой сварки».

Широко применяются также универсальные выпрямители, обеспечивающие как жесткие, так и крутопадающие характеристики.

Очевидно, что конструктивная схема выпрямителей во многом определяется принятой схемой регулирования сварочного тока. Поэтому их можно разделить на следующие группы:

– выпрямители, регулируемые трансформатором;

– выпрямители, регулируемые дросселем;

– выпрямители с вентильным регулированием.

Главными преимуществами сварочных выпрямителей перед трансформаторами являются высокие показатели надежности зажигания и устойчивости горения дуги. По сравнению с вращающимися источниками (преобразователями и агрегатами) выпрямители обладают следующими преимуществами: более высоким КПД, меньшей массой и габаритами, отсутствием вращающихся частей и более высокой надежностью.