Назад: 3.3.2. Выпрямители с подвижными обмотками

3.3.3. Выпрямители с реактором насыщения

Формирование крутопадающей характеристики трансформатора можно осуществлять с использованием реактора насыщения, работающего в режиме с компенсированными намагничивающими силами. Однако ввиду большой массы и высокой стоимости этот реактор не используется в сварочных выпрямителях для формирования падающих внешних характеристик.

Наилучшим образом реактор насыщения раскрыл свои возможности при работе в режиме с самоподмагничиванием, в котором формируются жесткие характеристики особой формы. На рис. 3.14,а представлена схема такого выпрямителя.

Рис.3.14. Выпрямитель, управляемый реактором насыщения

с самоподмагничиванием: а – упрощенная принципиальная схема;

б – кривая намагничивания; в – внешняя характеристика

Трехфазный трансформатор Т с нормальным рассеянием понижает напряжение. Реактор насыщения L имеет шесть сердечников, на каждом из которых намотано по одной рабочей обмотке (ОР). Обмотки управления (ОУ) и смещения (ОСМ) охватывают все шесть стержней. В цепи обмотки управления имеется регулировочный реостат R. В цепи каждой ОР установлено по вентилю силового выпрямленного блока V, поэтому по ОР идет ток только одного направления, так что намагничивающие силы ОР и ОУ всегда совпадают. Такая конструкция называется реактором с самонасыщением или самоподмагничиванием.

Для понимания принципа работы выпрямителя достаточно рассмотреть магнитные процессы только в одном сердечнике, на рабочую обмотку которого подано максимальное напряжение трансформатора (рис. 3.14,б). Обмотка управления создает небольшую намагничивающую силу I_уw_y, соответствующую точке D, так что при холостом ходе выпрямителя сердечник не насыщен. При нагрузке намагничивающие силы обмоток ОУ и ОР складываются.

При малых сварочных токах сила, намагничивающая ОР, I_дw_р мала. Следовательно, рабочая точка, соответствующая намагничивающей силе iw_y = I_уw_y + i_дw_р, перемещаясь по траектории DED, остается левее точки Е. Поскольку сердечник при малых токах не насыщен, то при периодическом изменении рабочего тока существенно меняется магнитный поток в сердечнике, а в ОР наводится значительная противоЭДС e_L. Среднее значение противоЭДС e_L резко увеличивается с ростом сварочного тока. Следовательно, внешняя характеристика выпрямителя на участке D¢E¢ крутопадающая (рис.3.14,в).

При больших сварочных токах сердечник реактора приходит в насыщенное состояние правее точки Е. При режимах, превышающих насыщение реактора (правее точки Е), изменение потока ΔФ_max не происходит, поэтому величина противоЭДС реактора E_Lma остается постоянной. В результате выпрямленное напряжение U_в = U₀ – E_Lmax остается также постоянным. Поэтому внешняя характеристика питающей системы на участке E¢F¢ получается жесткой (рис.3.14,в).

Такая ломаная характеристика особой формы D¢E¢F¢ благоприятна при сварке в углекислом газе, поскольку жесткий участок способствует саморегулированию дуги, а повышенное U_xx необходимо для надежного зажигания.

Жесткая внешняя характеристика с повышенным напряжением холостого хода получается у выпрямителя благодаря использованию реактора насыщения с самоподмагничиванием, потери напряжения у которого при больших токах не зависят от нагрузки.

Регулирование параметров режимов сварки. При увеличении тока управления I_у точка D (рис.3.14,б) смещается в положение D₁, поэтому уменьшаются ΔФ_max и E_Lmax, увеличивается U_в, а внешняя характеристика смещается в положение :

I_y Þ ΔФ_max¯ Þ E_Lmax¯ Þ U_В.

Выпрямленное напряжение плавно регулируется изменением тока обмотки управления. К сожалению, самоподмагничивание сокращает диапазон регулирования напряжения. Для получения малых напряжений пришлось бы менять направление тока в обмотке управления, что сопряжено с известными трудностями. Этот недостаток можно устранить с помощью нерегулируемой обмотки смещения ОСМ, которая создает в сердечнике поток, направленный встречно потокам обмоток ОР и ОУ.

Рассмотрим конструкцию серийно выпускаемого выпрямителя ВДГ-303 (рис.3.15). В выпрямителе предусмотрено смешанное регулирование напряжения: ступенчатое – переключением первичных обмоток трансформатора Т и плавное – реостатом R1 в цепи обмотки управления ОУ реактором насыщения.

Пакетно-кулачковый переключатель S обеспечивает три ступени выпрямленного напряжения. На первой ступени части первичных обмоток соединяются треугольником, что обеспечивает максимальное выпрямленное напряжение. На второй ступени треугольником соединяются уже полные первичные обмотки. На третьей ступени при соединении обмоток звездой получают минимальное напряжение. Реактор насыщения L1-L6 выполнен на шести витых разрезных сердечниках, на каждом из которых по одной рабочей обмотке. Три последовательно соединенные катушки обмотки управления ОУ охватывают каждая по два сердечника, так же выполнена и обмотка смещения ОСМ.

Рис. 3.15. Упрощенная принципиальная схема выпрямителя ВДГ-303

Обмотка управления питается от перекомпенсированного феррорезонансного стабилизатора напряжения TS через диодный мост V1 и регулировочный реостат R1. При понижении напряжения сети напряжение на выходе стабилизатора увеличивается, способствуя постоянству выпрямленного напряжения. Обмотка смещения питается от вторичных обмоток силового трансформатора через выпрямительный блок V2 и нерегулируемый резистор R2. Силовой выпрямительный блок V3 собран по трехфазной мостовой схеме из шести кремниевых диодов B2-200-3.

Последовательно с диодами включены рабочие обмотки ОР реактора насыщения, что и обеспечивает формирование жестких характеристик особой формы. Сглаживающий реактор L7 снижает разбрызгивание электродного металла и повышает стабильность сварочного процесса, его индуктивность плавно и автоматически регулируется в зависимости от режима сварки. Выпрямитель снабжен быстродействующим автоматическим выключателем QF, магнитным пускателем К, приборами PU и РА. На схеме не показаны вентилятор, пусковая аппаратура и аппаратура питания приводов полуавтомата для механизированной сварки в углекислом газе.

Сварочные свойства выпрямителя с реактором насыщения достаточно высоки. Повышенное U_xx, в 1,5…3 раза относительно сварочного способствует надежному начальному зажиганию дуги. Устойчивое горение дуги наблюдается во всем диапазоне регулирования напряжения, за исключением самого низкого напряжения. В этом случае, как и при фазовом регулировании, наблюдается режим прерывистого тока. Для устранения этого недостатка плавное регулирование дополняют ступенчатым. Кроме того, устойчивости процесса способствует и специальный сглаживающий реактор, который ликвидирует провалы в кривой сварочного тока после короткого замыкания. Индуктивность реактора, достигающая 0,5 мГн при высоких сварочных токах, автоматически снижается при низких режимах. Это позволяет уменьшить разбрызгивание во всем диапазоне регулирования режима сварки. Кратность плавно-ступенчатого регулирования сварочного напряжения превышает 2,5, что отвечает технологическим требованиям (прил.5).

Далее: 3.3.4. Выпрямитель с умножителем напряжения