ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить устройство сварочного выпрямителя универсального ВДУ-504 и исследовать влияние изменения регулируемых параметров на форму внешних характеристик выпрямителя.
В процессе работы студент должен изучить конструкцию и принцип работы сварочного выпрямителя, а также отдельных его функциональных блоков.
Кроме того, он должен экспериментальным путем построить внешние и регулировочные характеристики и объяснить, чем обусловлены полученные формы характеристик и их расхождения. При этом студент должен использовать багаж теоретических знаний, заводскую техническую документацию, прилагаемую к выпрямителю, методические указания и натуральный образец выпрямителя.
Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен знать:
- устройство и принцип действия полупроводниковых неуправляемых вентилей (диодов) и управляемых вентилей (тиристоров);
- устройство и принцип работы однофазных однополупериодных и двухполупериодных схем выпрямления;
- устройство и принцип работы трехфазных схем выпрямления (простых, мостовых и комбинированных);
- устройство и принцип работы сварочных трансформаторов с нормальным и повышенным магнитным рассеянием;
- способы регулирования сварочных выпрямителей;
- устройство балластных реостатов.
Студент должен уметь:
- построить функциональную блок-схему источника питания, пользуясь его описанием и натуральным образцом оборудования;
- собирать электрические схемы;
- пользоваться измерительными приборами.
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Основными элементами сварочного выпрямителя являются: силовой трансформатор, выпрямительный блок, пусковое устройство, регулирующее устройство, блок фазового управления тиристорами с использованием обратных связей по току и напряжению, блок защиты и сигнализации. Силовой трансформатор любого сварочного выпрямителя (за исключением инверторного) – трехфазный, поэтому схемы всех выпрямительных блоков сварочных выпрямителей - трехфазные. Использование трехфазных схем выпрямителя необходимо для снижения глубины пульсации переменной составляющей выпрямительного напряжения. Используя различные схемы выпрямления трехфазного тока, можно значительно изменить глубину и частоту пульсации переменной составляющей.
Выпрямительный блок состоит из полупроводниковых элементов, собранных по определенной схеме. Форма внешних статических характеристик параметрических сварочных выпрямителей определяется формой характеристики силового блока переменного тока трансформатора либо формируется за счет отрицательных обратных связей по сварочному току или напряжению дуги, например, в ВДУ-504. Этот выпрямитель – с фазовым регулированием. При этом выпрямительный блок собран из не полностью управляемых вентилей, а в схему выпрямителя входит узел, содержащий систему управления вентилями, который формирует его внешнюю характеристику.
3. 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).
|
Рис. 2. Принцип работы силового блока ВДУ-504 а) принципиальная схема выпрямительного блока. б) диаграмма изменения напряжения. в) диаграмма изменения тока.
|