Сварочные выпрямители
Для преобразования переменного тока в постоянный в современной индустрии применяют полупроводники, каковые в контакте с металлами образуют электрические вентили — устройства, владеющие свойством прекрасно проводить электрический ток в одном (прямом проводящем) направлении и не хорошо в обратном (закрывающем) направлении. Для изготовления достаточно замечательных вентилей пригодны особенным образом приготовленные полупроводники из селена, германия и кремния высокой чистоты.
Селеновые вентили’ нашли самоё широкое использование. Германий целесообразен только для довольно маленьких токов, в большинстве случаев не более чем 50 а. Самый перспективен для выпрямителей большой мощности кремний, он удобен для выпрямления токов в много и тысяч ампер. По мере развития производства кремниевых выпрямителей они становятся идеальнее в техническом отношении и цена их неспешно уменьшается.
Главным причиной, ограничивающим мощность выпрямителей, есть их нагрев, нарушающий обычную работу. Исходя из этого надёжность и мощность работы выпрямителя зависит от надёжности и совершенства его охлаждения, которое во многих случаях производится особым вентилятором. Число вентилей в выпрямителе определяется схемой выпрямления, значениями выпрямленного его напряжения и тока.
В сварочных выпрямителях в большинстве случаев используются одно- либо трехфазные мостовые схемы двухполупе-риодного выпрямления (рис. 1).
В однофазной мостовой схеме вентили включены в четыре плеча моста (рис. 1, а). Нагрузка Н включена в одну диагональ моста, она питается выпрямленным током I =; действующее значение выпрямленного напряжения на выходе U — .К второй диагонали моста подведен однофазный переменный ток с действующим значением напряжения U Частота пульсаций выпрямленного тока 100 гц.
В трехфазной мостовой схеме (схема Ларионова) вентили включены в шесть плеч трехфазного моста; пульсации выпрямленного напряжения уменьшены, частота их 300 гц (рис. 1, б). Трехфазная совокупность выпрямления имеет последовательность преимуществ перед однофазной: выше устойчивость дуги, равномерная нагрузка всех трех фаз силовой сети переменного тока, лучше употребляется трансформатор, питающий выпрямитель.
Исходя из этого в большинстве случаев в сварочных выпрямителях употребляется трехфазная схема выпрямления.
Однофазная мостовая схема в большинстве случаев используется в комбинированных источниках питания, в то время, когда сварка может производиться на постоянном токе при подключенном блоке вентилей либо на переменном токе при отключенных вентилях. Несложный сварочный выпрямитель с падающей чёртом, складывающийся из трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием и блока вентилей, удовлетворяет требованиям к простым источникам для ручной дуговой сварки.
Трансформаторы для выпрямителей смогут быть выстроены по тем же схемам, что и сварочные трансформаторы. Существуют и более сложные схемы сварочных выпрямителей, с регулировочными дросселями насыщения, со стабилизаторами напряжения и пр. Целесообразность таких устройств вызывающа большие сомнения из-за высокой стоимости и сложности; вряд ли они смогут соперничать с электромашинными преобразователями в условиях ручной дуговой сварки.
Само собой разумеется, для особых целей более сложные устройства смогут быть в полной мере целесообразными. Приведем главные технические данные сварочных выпрямителей ВД-101 и ВД-301 для ручной дуговой сварки. Выпрямители мобильные, складываются из понижающего трехфазного трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием, выпрямительного кремниевого блока с вентилятором для охлаждения, пускорегулирую-защитной аппаратуры и щей (рис. 2).
Сопоставление сварочных выпрямителей с электромашинными преобразователями показывает на явные преимущества первых.
Рис. 1. Типовые схемы выпрямителей
Подобно электромашинным преобразователям, сварочные выпрямители смогут быть не только однопостовыми с падающей внешней чёртом, но и многопостовыми с твёрдой чёртом, с едой отдельных сварочных постов через балластные реостаты. Отечественная промышленность производит многопостовые сварочные выпрямители на выпрямленный ток 1000, 1600 и 3000 а для одновременного питания постоянным током 6, 9 и 18 сварочных постов, рассчитанных на ток до 300 а любой, при коэффициенте одновременности работы постов 0,6. Мощность, потребляемая выпрямителями из питающей силовой сети при полной загрузке, соответственно 77, 123 и 230 ква при cos ф = 0,89.
Опыт говорит о том, что выпрямители экономичнее электромашинных преобразователей, эргономичнее в эксплуатации, дают более устойчивую дугу, меньшее разбрызгивание металла, владеют лучшими повышенным быстродействием и динамическими свойствами сварочной цепи. Электромашинные преобразователи сохранят значение для сетей с намного колеблющимся напряжением. Использование в этих обстоятельствах выпрямителей со сложными стабилизаторами питающего напряжения во многих случаях не нужно.
Рис. 2. Сварочный выпрямитель ВД-301
—-
Преимущества сварочных выпрямителей перед преобразователями заключаются в отсутствии вращающихся частей, более высоком к. п. д. и меньших утратах энергии при холостом ходе, бесшумности работы, равномерной загрузке трехфазной сети, меньшей массе и более широких пределах регулирования напряжения и сварочного тока. Эти преимущества разрешают обширно применять сварочные выпрямители вместо преобразователей, в особенности в условиях стационарного производства.
Сварочный выпрямитель складывается из двух главных частей: понижающего (в большинстве случаев трехфазного) трансформатора с устройством для регулирования тока либо выпрямительного блока и напряжения, складывающегося из селеновых либо кремниевых вентилей.
Конструкцию сварочного выпрямителя пара усложняет входящий в него вентилятор для охлаждения выпрямительного блока. Вентилятор сблокирован с выпрямителем воздушным реле. В случае если вентилятор поврежден, то выпрямитель не включается, в случае если повреждение случится на протяжении работы, то выпрямитель выключится.
Рис. 3. Сварочный выпрямитель ВДУ-504
Индустрией выпускаются однопостовые и многопостовые сварочные выпрямители. Однопостовые выпрямители вычислены на получение или твёрдой и пологопадающей, или крутопадающей вольт-амперной характеристики; выпускаются кроме этого универсальные выпрямители с крутопадающими и твёрдыми чертями. Сварочный ток значительно чаще регулируется трансформацией расстояния между обмотками трансформатора (подвижные обмотки первичные).
Регулирование напряжения производится секционированием первичной обмотки, т. е. трансформацией коэффициента изменения.
Многопостовые сварочные выпрямители выпускаются для одновременного питания шести, девяти и восемнадцати сварочных постов; они комплектуются соответствующим числом балластных реостатов РБ-301.
Внешний вид универсального выпрямителя ВДУ-504 представлен на рис. 3.
—
Выпрямители предназначены для питания сварочных установок разного назначения. Сварочные выпрямители имеют следующие преимущества если сравнивать с электромашинными генераторами: широкие пределы регулирования сварочного тока, высокие динамические особенности и технико-экономические показатели, большой КПД. Они надежны в эксплуатации и несложны в обслуживании, трудятся очень тихо.
К недочётам сварочных выпрямителей направляться отнести: низкий коэффициент мощности, неустойчивость к токам и перегрузкам замыкания, необходимость в неестественном охлаждении, связь между колебания и напряжения напряжения сети (нужно использовать стабилизаторы напряжения).
В числителе приведено значение для твёрдой внешней чёрта, в знаменателе — для мягкой.
Рис. 4. Сварочный выпрямитель ВДУ-504:
1— пульт управления; 2 — электродвигатель; 3 — дроссели; 4 — трансформатор; 5 — тумблер диапазонов.
Главными составными частями сварочных выпрямителей являются понижающие полупроводниковые вентили и трансформаторы (селеновые и кремниевые). Сейчас активно используются тиристоры — управляемые кремниевые вентили.
Однопостовые выпрямители. Изготовляются в соответствии с ГОСТ 13821 —68.
Выпрямители типа ВС предназначены для питания автоматов и полуавто, матов при сварке в защитных газах, под порошковой проволокой и флюсом без защиты. На рис. 5 продемонстрирована электрическая принципиальная схема выпрямителя ВС-600.
Внешние характеристики выпрямителей типа ВС пологопадающие и твёрдые. Выпрямительный блок собран на селеновых элементах; для понижения скорости нарастания тока замыкания в сварочную цепь последовательно включена индуктивность.
Многопостовые выпрямители. Совокупность многопостовой сварки складывается из сварочных постов, особых устройств для ограничения сварочного тока (балластных реостатов), источников питания и распределительной сети многопостовых либо одно-постовых, трудящихся параллельно.
К многопостовым источникам питания предъявляются такие требования, как понижение утрат электричества до минимума и ограничение обоюдного влияния постов.
Число в один момент обслуживаемых постов, номинальный ток одного поста и коэффициент одновременности включения сварочных постов указываются в паспорте многопостового источника питания.
При многопостовой сварке в большинстве случаев используются выпрямители с твёрдыми внешними чертями.
Рис. 5. Электрическая принципиальная
Q1—Q3 — тумблеры секций обмоток трансформатора: М — электродвигатель вентилятора: Т — трансформатор; Др — дроссель
Рис. 6. Электрическая структурная схема многопостовой сварки:
схема сварочного выпрямителя ВС-600:
1 — многопостовой выпрямитель: — R3 — балластные реостаты
Балластные реостаты изготовляются в соответствии с ГОСТ 18636—73.
Рис. 7. Электрические структурные схемы балластных реостатов РБ-501 (а) и РБ-301 (б):
10, 20, 50, 100, 150 А — ступени сварочного тока.
К недочётам многопостовой совокупности направляться отнести то, что при ремонте источника питания не трудятся все посты; миогопостовые совокупности имеют низкий КПД. Число в один момент подключаемых постов зависит от мощности источников питания, нагрузки и распределительной сети всех постов.
Электрические принципиальные схемы многопостовых сварочных выпрямителей продемонстрированы на рис. 8 и 9.
Рис. 8. Электрическая принципиальная схема многопостового сварочного выпрямителя ВДМ-1601:
К — непроизвольный выключатель: KI — Кб, F2 — реле; SI — тумблер; S2, S3 — путевые выключатели; S4 — кнопка «пуск»; S5 — кнопка «стоп»; F1 — предохранители; Н — лампа сигнальная; РА — амперметр: PU — вольтметр; Т — трансформатор; Ll — L6 — катушки трансформатора; С1 — C12 — конденсаторы; Rl — RI5— резисторы; VI — V6 — выпрямители; М — электродвигатель вентилятора.
Рис. 9. Электрическая принципиальная схема многопостового сварочного выпрямителя ВКСМ-1000-1-1:
С* — С6 — конденсаторы блока защиты; Q1 — непроизвольный выключатель; К — контакторы; St — кнопка «стоп»; S2 — кнопка «пуск»; S3, S4 — выключатели: S5 — тумблер напряжения; РА — амперметр: PU — вольтметр; М — электродвигатель вентилятора; Fl, F2 — тепловые реле; RI — R10 — резисторы.
—
На данный момент самым распространенным источником питания при сварке постоянным током есть сварочный выпрямитель.
Сварочные выпрямители в сравнении со сварочными преобразователями имеют значительные преимущества: у них меньше цена, утраты холостого хода, габариты и масса, уровень шума, более большой коэффициент нужного действия, лучшие быстродействие и динамические свойства, более устойчивое горение сварочной дуги. Недочётом сварочные выпрямителей есть чувствительность к колебательным процессам напряжения сети. В этих условиях целесообразно использование сварочных преобразователей.
Современные сварочные выпрямители для ручной сварки выпускаются в соответствии с ГОСТ 13821—77 («Выпрямители одно-постовые с падающими внешними чертями для дуговой сварки». Неспециализированные технические условия).
