УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ВДУ-504
Универсальность выпрямителя заключается в том, что он может работать на естественных жестких и крутопадающих характеристиках, формируемых системой авторегулирования.
В силовом блоке выпрямителя ВДУ-504 используются две простые трехфазные схемы выпрямления, соединенные между собой через уравнительный реактор (дроссель Кюблера). Поэтому для облегчения понимания принципа работы силового блока выпрямителя, вначале разберем принцип работы простой трехфазной схемы выпрямления (рис.1).
Рис.1. Простая трехфазная электрическая схема выпрямления с нулевой точкой
Из временной диаграммы видно, что напряжения U2а,U2в,U2с сдвинуты по фазе на 2p/3(град) и в течение 1/3 периода напряжение одной фазы выше напряжения двух других. Ток через вентиль iа, связанную с ним вторичную обмотку и нагрузку будет проходить в течение той трети периода, когда напряжение на данной фазе больше, чем у двух других. Работающий вентиль прекращает проводить ток тогда, когда потенциал его анода становиться ниже общего потенциала катодов.
Переход тока от одного вентиля к другому (коммутация тока) происходит в момент пересечения кривых фазных напряжений (точка а,б,в,г) (рис.1б). Выпрямленный ток проходит через нагрузку Rн непрерывно. Напряжение на выходе выпрямителя в любой момент времени равно мгновенному значению напряжения той вторичной обмотки, в которой вентиль проводит ток, и выпрямленное напряжение представляет собой кривую, огибающую верхушки синусоид фазных напряжений.
Анодный ток будет иметь форму прямоугольника с основанием 2?/3, ограниченную сверху отрезком синусоиды.
Выпрямленное напряжение содержит постоянную составляющую и наложенную на нее переменную составляющую, имеющую трехкратную частоту по отношению к частоте питающей сети, т.е. равную 3f.
Поочередное прохождение однонаправленных токов во вторичных обмотках трансформатора создает во всех трех сердечниках магнитный поток одного направления. Наличие этого потока вынужденного намагничивания приводит к необходимости увеличения сечения сердечника во избежание его насыщения, поэтому эти схемы выпрямления не используются в силовых выпрямителях.
Устройство и принцип работы силового блока ВДУ-504
Силовой трансформатор нормального рассеяния имеет две группы вторичных обмоток (А, B, C и X, У, Z), каждая из которых соединена в звезду; причем в первой группе нулевая точка звезды образована концами обмоток, а во второй группе – началами обмоток (рис.2). В результате силовая схема ВДУ-504 представляет собой параллельное соединение двух звезд А, B, C и X, У, Z, нулевые точки которых соединены через уравнительный реактор (дроссель УР). Наличие дросселя обеспечивает выравнивание мгновенных напряжений трехфазных групп и позволяет осуществлять параллельную работу последних. Инерционность плеч дросселя приводит к тому, что обе звезды работают полностью автономно в трехфазном режиме. Схема такого преобразования аналогична простой шестифазной. Нулевая точка одной звезды организована началами обмоток, а другая – концами. Это позволяет сдвинуть фазные напряжения звезд между собой на 60 электрических градусов. Поэтому частота пульсации выпрямленного напряжения также равна 6f. Существенное различие состоит в том, что в схеме с уравнительным реактором ток в нагрузку посылают одновременно два вентиля, по одному из каждой звезды, поэтому ток и напряжение нагрузки равны сумме токов и напряжений двух звезд. Это обстоятельство позволяет использовать вентили меньшей мощности.
Кроме того, отличие от простой трехфазной схемы выпрямления в схемах с уравнительным реактором (ВДУ-504) в течение рабочего интервала одновременно проходят токи во вторичных обмотках, расположенных на разных стержнях магнитной системы, при этом через две первичных обмотки, расположенных на тех же стержнях, также проходят токи. Намагничивающие силы от токов первичной и вторичной обмоток на каждом из стержней в этом случае уравновешиваются, и однонаправленный магнитный поток Ф0 не возникает.
Для улучшения динамических свойств выпрямителя в цепь выпрямленного тока включен дроссель индуктивности L (рис.3).
Упрощенная схема выпрямителя представлена на рис.3. Напряжение на выходе выпрямителя определяется углом открытия тиристоров выпрямительного блока, который обеспечивается схемой управления тиристорами (СУ), подающей отпирающие импульсы на управляющие электроды тиристоров выпрямительного блока (В1…В6).
Падающие внешние характеристики выпрямителя ВДУ-504 формируются за счет отрицательной обратной связи по сварочному току Uост,. В цепи обратной связи предусмотрено устройство для измерения сварочного тока, которое на схеме (рис. 3) условно обозначено Дост – датчик сигнала обратной связи по току. Этот сигнал представляет собой напряжение Uост, измеряемое в милливольтах. Оно прямо пропорционально силе сварочного тока. В блоке БС оно сравнивается со стабилизированным напряжением Uэ.т. - установки по току. В результате сравнения формируется разностный сигнал?U = Uэ.т. - Uост который подается на усилитель постоянного тока, а затем - на шестифазную схему управления тиристорами выпрямительного блока (СУ). Поскольку напряжение обратной связи Uост пропорционально силе сварочного тока, то с увеличением тока разностный сигнал?U = Uэ.т. - Uост будет уменьшаться. В блоке СУ этот сигнал преобразуется в сигнал открытия тиристора, при этом с уменьшением?U угол задержки открытия тиристора увеличивается, а выходное напряжение выпрямителя с увеличением сварочного тока будет уменьшаться и наоборот. Таким образом, обеспечивается падающая внешняя характеристика.
Рис. 3. Упрощенная схема выпрямителя ВДУ-504
При холостом ходе Uост = 0 (МУ - закрыт) и на вход СУ действует только напряжение установки по току Uз.т., поэтому угол открытия тиристоров – максимальный, и напряжение холостого хода выпрямителя определяется напряжением холостого хода трансформатора. При определенной величине сварочного тока угол отпирания тиристоров станет равным нулю и напряжение на выходе выпрямителя тоже станет равным нулю, что соответствует режиму короткого замыкания. Наклон внешней характеристики выпрямителя регулируют плавно – путем изменения коэффициента усилия транзисторного усилителя с помощью регулируемого резистора Rp.
Для получения жестких стабилизированных характеристик выпрямителя ВДУ-504 в нем используется отрицательная обратная связь по напряжению дуги. Напряжение обратной связи Uосн, пропорциональное напряжению дуги, снимается с делителя R1-R2 и подается в блок сравнения БС, где сравнивается с установкой требуемого напряжения дуги. Разностный сигнал?U=(Uзн-Uосн) поступает на усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Регулирование напряжения дуги в цепи обратной связи плавное, аналогичное регулирование тока с помощью резистора.
Кроме плавной регулировки тока и напряжения выпрямителя имеется два диапазона ступенчатой регулировки путем переключения соединения витков первичной обмотки трансформатора звездой или треугольником.
Соединение первичных обмоток треугольником соответствует падающим внешним характеристикам и первому диапазону жестких внешних характеристик. Соединение первичных обмоток звездой соответствует второму диапазону регулирования жестких характеристик. Переключение выпрямителя для работы на падающих характеристиках или жестких осуществляется тумблером S1.
Для работы на падающих характеристиках контакты этого тумблера S1.1 замыкаются, включая в работу цепь сигнал Uосн, а контакты S1.2 размыкаются, отключая цепь напряжения обратной связи Uосн и наоборот, для работы на жестких характеристиках флажок тумблера переводиться в противоположное положение. При этом его контакты S1.1 размыкаются, а контакты S1.2 замыкаются.