Назад: 5.6. Источники электрической энергии машин контактной сварки

Глава 6. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

К вспомогательным устройствам относятся: устройства поджига и стабилизации дуги, устройства подавления постоянной составляющей переменного тока, устройства снижения напряжения холостого хода и т.д. [10,13].

6.1. Устройства для начального зажигания дуги

Для бесконтактного начального зажигания дуги применяют поджигающие устройства непрерывного действия (осцилляторы) и импульсные (возбудители). С основными сварочными источниками они могут включаться последовательно и параллельно.

Осциллятор параллельного включения. Он представляет собой генератор затухающих по амплитуде знакопеременных высокой частоты (порядка 100…300 кГц) импульсов высокого напряжения (около 3000 В). При подаче импульсов на промежуток между изделием и электродом происходит пробой промежутка искрой и появление свободных электронов. Кратковременный искровой разряд развивается в дуговой, создавая условия для горения сварочной дуги, питаемой от сварочного источника питания.

Осцилляторы применяют для первоначального зажигания дуги от источников постоянного и переменного тока. Высокое напряжение серийных осцилляторов и возбудителей безопасно для сварщика, поскольку высокочастотный ток протекает по поверхностным участкам тела и поэтому не вызывает электролиза крови и не повреждает жизненно важных органов. В промышленности применяются осцилляторы параллельного и последовательного включения, но наибольшее распространение получили первые. На рис.6.1 представлена принципиальная электрическая схема осциллятора параллельного включения с осциллограммами напряжения в отдельных элементах системы.

Рис.6.1. Принципиальная электрическая схема осциллятора параллельного включения с осциллограммами напряжения в элементах системы

Напряжение сети u1 c помощью трансформатора TI повышается до нескольких киловольт. При возрастании вторичного напряжения u2 идет заряд конденсатора СК, накапливается электрическая энергия, равная . К моменту достижения достаточно высокого напряжения Unpоб разрядник FV пробивается искрой, его сопротивление резко снижается. Благодаря этому образуется колебательный контур Ск-Lк-FV, в котором в результате обмена энергией между конденсатором и индуктивностью возникает высокочастотный затухающий разряд u3, электрическая энергия конденсатора переходит в электромагнитную Uз = LкI2/2.

Угловая частота зависит от величины С_к и L_к и может быть определена по уравнению ω = (L_кC_к)^–0,5.

Трансформатор Т₂ через вторичную обмотку L₃ осуществляет ввод высокочастотного высокого напряжения u₄ на дуговой промежуток (выводы с и d). Защита основного источника питания G от воздействия этого напряжения осуществляется с помощью Г-образного фильтра, состоящего из индуктивности L_ф и емкости С_ф. Если трансформатор источника питания имеет повышенное магнитное рассеяние, то наличие индуктивного фильтра L_ф необязательно. Блокировочные конденсаторы создают условия безопасной работы сварщика и предотвращают повреждения источника питания при пробое конденсатора C5. В осцилляторе имеется помехозащитный фильтр (ПЗФ), защищающий питающую сеть (выводы a и в) от высокочастотных колебаний.

Реактор L_ф обладает большим реактивным сопротивлением для тока высокой частоты, что снижает потери энергии осциллятора. Конденсатор С_ф имеет малое реактивное сопротивление при высоких частотах, поэтому на нем, а значит и в цепи основного источника, падение напряжения осциллятора невелико. Защита цепей осциллятора от мощного тока основного источника осуществляется установкой защитного конденсатора С5, играющего роль низкочастотного фильтра.

Осциллятор создает помехи радиоприему, поэтому его непрерывная работа допускается в течение не более 1 с. Повторное его включение разрешается только по истечении 10 с. Работа осциллятора без ограничений допускается в цеховых помещениях, железобетонные конструкции которых служат защитным экраном от радиопомех.

Разрядник имеет три искровых промежутка и соответственно три пары вольфрамовых электродов. Последние припаивают медью к стальным ребристым радиаторам, улучшающим охлаждение разрядника. Диски радиаторов на участке воздушных зазоров разделяются кольцами из слюды толщиной порядка 0,2…0,3 мм. Регулирование воздушных зазоров разрядника в процессе эксплуатации осуществляется с помощью специального винта с электрически изолированной головкой, выведенной за пределы корпуса. Для подключения осциллятора к сварочной дуге применяется одножильный высоковольтный провод ПВЭЛ-3р сечением 1,5 мм² с металлической оплеткой (экраном), предназначенной для уменьшения радиопомех. С этой же целью корпус осциллятора выполнен металлическим. Его заземление обязательно.

Достоинством осциллятора является высокая эффективность бесконтактного зажигания дуги, а недостатками – низкая надежность разрядника, опасность поражения сварщика высоким напряжением низкой частоты и наличие радиопомех при работе в полевых условиях. Разрядник нуждается в частой зачистке вольфрамовых электродов и настройке расстояния между ними. Поражение сварщика высоким напряжением низкой частоты (50 Гц) возможно при попадании напряжения U₂ на дугу, от этого защищает конденсатор С5 и предохранитель F₂. Недостатком осциллятора параллельного включения является также необходимость в громоздком дросселе L_ф.

Импульсные возбудители дуги. Они применяются взамен осцилляторов непрерывного действия. На рис. 6.2 показана схема импульсного возбудителя дежурной дуги при плазменной резке ВИР-101. Он питается постоянным напряжением источника дежурной дуги G. Этим напряжением заряжается мощный накопительный конденсатор C1 по цепи R7-VD1-T-С1. Одновременно в цепи релаксационного генератора заряжается конденсатор С2 по цепи R7-R1-RЗ-С2. При достижении на нем напряжения переключения динистора VD2 конденсатор С2 разряжается на управляющий электрод тиристора VS по цепи C2-VD2-R4-VS-C2. В результате открывается тиристор VS, обеспечивающий прохождение мощного импульса разряда конденсатора C1 по цепи CI-T-VS-CI на первичную обмотку повышающего трансформатора Т. Высоковольтный импульс с его вторичной обмотки заряжает конденсатор С3 и вызывает колебательный высокочастотный разряд в контуре С3-Т. После пробоя разрядника FV импульс с напряжением до 20 кВ и частотой около I МГц пробивает межэлектродный промежуток.

Рис.6.2. Принципиальная схема возбуждения ВИР-101

Питание дуги от основного источника производится через реактор L. Таким образом возбудитель является комплексным устройством, поскольку он содержит в себе и фильтр высоких частот, состоящий из L, С4 и C5.

Положительной особенностью возбудителя является то, что он питается напряжением основного источника и не нуждается в отдельных включающих устройствах. Он сам прекращает генерировать импульсы после зажигания дуги, поскольку при этом напряжение основного источника становится недостаточным для переключения динистора VD2, так как внешняя характеристика источника падающая.

Устройства поджига дуги. Устройства типа БП-80 и БП-315 (рис. 6.3) являются импульсными возбудителями последовательного включения и запитываются от сети переменного тока.

Рис. 6.3. Типовая схема устройств поджига дуги

Составными частями подобных устройств являются накопительный конденсатор С2, высоковольтный трансформатор Т₂ и тиристорный коммутатор VS1, VS2 с системой управления. В одном из полупериодов питающего напряжения система управления открывает тиристор VS1, в результате мощный импульс тока пройдет по цепи L-T₂-С2-VS1. По мере заряда конденсатора С2 ток убывает, а после окончания заряда тиристор VS1 выключится. Трансформированный вторичной обмоткой w₂ импульс напряжения с амплитудой 4…8 кВ по цепи, показанной пунктирной линией, подается на межэлектродный промежуток, вызывая зажигание дуги. В другом полупериоде питающего напряжения открывается другой тиристор VS2, что приведет к перезаряду конденсатора и новому поджигающему импульсу. Таким образом, частота следования импульсов – 100 с^–1. Реактор L ограничивает ток в зарядном контуре, а конденсатор C1 защищает тиристоры от перенапряжений.

Ток сварочного источника G замыкается через вторичную обмотку w₂ трансформатора Т₁ по цепи, показанной тонкой сплошной линией. Конденсатор С3 защищает сварочный источник от высокого напряжения импульса. Таким образом, блоки БП-80 и БП-315 являются комплексными устройствами, не требующими дополнительных фильтров при организации сварочного поста. Более того, одна из его модификаций обеспечивает синхронизацию поджигающих импульсов с переходом через нуль переменного сварочного тока, т.е. может выполнять и функции импульсного стабилизатора дуги. Таким же комплексным устройством является возбудитель-стабилизатор дуги переменного тока ВСД-01.

Главным преимуществом импульсных возбудителей в сравнении с осцилляторами является отсутствие опасного высокого напряжения низкой частоты. Некоторые из них не имеют разрядников, что повышает их надежность и снижает уровень радиопомех.

Далее: 6.2. Стабилизаторы горения дуги