Типовая многофазная схема выпрямления переменного тока, применяемая в сварочных выпрямителях.

Большой прогресс, достигнутый в области полупроводниковой техники (диодов и тиристоров) на значительные напряжения и токи, привел к разработке и широкому распространению однопостовых и многопостовых выпрямителей для всех видов дуговой сварки. Сварочные выпрямители обладают значительными преимуществами перед электромашинными преобразователями: высокими сварочными качествами за счет повышения стабильности горения дуги и уменьшения разбрызгивания металла; высоким КПД и меньшими потерями холостого хода; широкими пределами регулирования тока и напряжения; возможностью автоматизации и программирования сварочного процесса; отсутствием вращающихся частей и потребности в фундаментах.

Однопостовые выпрямители могут быть разделены на следующие группы:

с падающими внешними характеристиками для ручной дуговой сварки и механизированной сварки под флюсом;

с жесткими внешними характеристиками для механизированной сварки плавящимся электродом в защитных газах и под флюсом;

с универсальными внешними характеристиками, крутопадающими и жесткими, для всех видов сварки.

Выпускаемые выпрямители имеют различные системы регулирования тока и напряжения. Наибольшее распространение получили механическое регулирование, регулирование дросселями насыщения, тиристорное, ступенчатое за счет изменения коэффициента трансформации силового трансформатора и балластными реостатами.

Подавляющее большинство выпрямителей для дуговой сварки выпускаются с питанием от трехфазной сети и, соответственно, с применением трехфазных и шестифазных схем выпрямления.

Основными параметрами и соотношениями, характеризующими схему выпрямления, являются:

действующие значения фазного (линейного) вторичного напряжения трансформатора U2ф (U2л) в зависимости от напряжения холостого хода выпрямителя Uхх;

амплитудное значение обратного напряжения на вентиле Uобр m;

действующее значение фазного (линейного) тока вторичных обмоток трансформатора I2 в зависимости от номинального выпрямленного тока Id с учетом работы вентилей и угла коммутации;

среднее значение выпрямленного тока через вентиль Iв.ср;

действующее IВ и максимальное Iвm значение тока через вентиль;

действующее значение тока первичной обмотки I1;

расчетные мощности первичных Р1 и вторичных Р2 обмоток трансформатора, определяемые напряжением холостого хода выпрямителя и током нагрузки.

Трехфазная мостовая схема выпрямления

Это наиболее распространенная схема в выпрямителях с жесткими и падающими внешними характеристиками. Схема обеспечивает простую конструкцию трансформатора, состоящего из трех первичных и трех вторичных обмоток, и наиболее эффективное его использование. Обмотки трансформатора могут включаться треугольником или звездой.

На рис.3.1 приведена трехфазная мостовая схема выпрямления. Как видно из рисунка в точке 1 включается вентиль VD1, как имеющий наибольший положительный потенциал вентилей катодной группы по отношению к нулевой точке сетевого напряжения трансформатора (катодной группой называются вентили с общим катодом, а анодной группой – с общим анодом). С этим диодом в паре работает вентиль VD5 фазы В, имеющий наибольший отрицательный потенциал из всех вентилей анодной группы.

В точке 2 происходит коммутация тока в вентилях анодной группы – включается VD6 фазы С. В точке 3 происходит коммутация в вентилях катодной группы – включается вентиль VD2 фазы В и т.д. Коммутация с одного вентиля на другой происходит в моменты пересечения синусоид фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора. Таким образом, при отсутствии индуктивного сопротивления в цепях вентилей они работают попарно с углом проводимости 2π /3. В действительности из-за наличия некоторой индуктивности в контуре коммутации угол проводимости больше, чем 2π /3, на угол коммутации γ.

Пульсация выпрямленного напряжения – шестифазная с частотой 300 Гц. Длительность анодных токов каждого вентиля 1200. Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе Uxx выпрямителя определяется по формуле

где U2ф – фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора; U2л линейное напряжение той же обмотки.

Обратное напряжение на вентиле определяется амплитудой линейного напряжения вторичной обмотки:

Uобр m = 2, 45U2ф = 1, 41U2л = 1, 045Uхх.

Действующее значение вторичного тока одной фазы трансформатора:

,

где Id – выпрямленный ток выпрямителя.

При работе управляемого тиристорного выпрямителя (если вместо диодов установлены тиристоры для плавного регулирования выходного напряжения выпрямителя) угол управления (регулирования) α отсчитывается от точки естественной коммутации (точка перехода тока с вентилей одной фазы на вентиль другой фазы для неуправляемого выпрямителя).

Тиристорные выпрямители выполняются с применением трансформаторов, имеющих незначительное сопротивление рассеяния. В этом случае при работе на активную нагрузку выпрямленный ток является непрерывным при α ≤ 600 и прерывистым при α > 600:

Uxxα = Uxxcosα при α ≤ 600;

Uxxα = Uxx[1 + cos(π /3 + α)] при α > 60,

где Uxxα – напряжение холостого хода при заданном угле регулирования.

Тиристорные выпрямители имеют специальный дроссель для сглаживания формы выпрямленного тока, в этом случае выпрямленное напряжение определяется по формуле:

Ud = 2, 34U2ф cosα = 1, 35U2лcosα