Випрямляча ВДУ-1001

Вмикання випрямляча в електричну мережу і захист його від короткого замикання здійснюється автоматичним вимикачем QF (23) (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 – Спрощена електрична схема випрямляча ВДУ -1001

Для під’єднання зварювального кабеля з лицевого боку випрямляча є три затискачі, позначені: два знаком ”плюс” і один знаком ” мінус ”. Затискач (1) використовується при зварюванні струмом понад 500 А, а додатковий затискач (2) – до 500 А.

Силовий трансформатор Т₁ (20) стержневого типу, трифазний з нормальним магнітним розсіюванням. Вмикання трансформатора в електромережу здійснюється пускачем К4 (25).

Силовий блок тиристорів (15) складається з шести тиристорів V₁ – V₆, з’єднаних кільцевою схемою.

Дроселі зварювального кола L₁, L₂ (19) згладжують пульсації випрямленого струму і зменшують розбризкування металу при зварюванні.

Вентилятор (16) приводиться від трифазного асинхронного двигуна, який вмикається пускачем К₁.

Блок керування (4) встановлюється з лицьового боку випрямляча і з’єднується зі схемою двома роз’ємами. У блоці встановлена апаратура системи фазового керування тиристорами (СФК): допоміжний трансформатор Т₂, логічні елементи Д₁-Д₃, напівпровідникові прилади, конденсатори, резистори.

Аварійна кнопка, сигнальна лампочка, перемикачі S₂ і S₄ на схемі не показані.

Допоміжний трансформатор Т₂ – трифазний. Первинна обмотка з’єднана в трикутник. Трансформатор має дві групи вторинних обмоток. Обмотка Т₂ – 2 з’єднана в шестифазну зірку, створює синусоїдальну опорну напругу, живить схему обмеження ширини імпульсів керування. Обмотка Т₂ – 3 також з’єднана в шестифазну зірку і призначена для живлення колекторного кола транзистора VT₁, кола задання зварювальних напруги і струму, живлення елементів Д₁ – Д₃, живлення проміжного реле К₃ (на схемі не показано) і виконує роль комутатора для розділення подачі керуючих імпульсів на протифазні тиристори.

Положення рукоятки резистора R₁₀ (12) до упору проти годинникової стрілки (крайнє ліве положення) відповідає мінімальному значенню випрямленої напруги і зварювального струму. Поворот рукоятки за годинниковою стрілкою (вправо) відповідає збільшенню напруги і струму; крайнє праве положення відповідає максимальному значенню напруги і струму.

Перемикач зовнішніх характеристик S₃ (11) служить для перемикання випрямляча для роботи при спадаючих (1 положення) або жорстких (2 положення) зовнішніх характеристиках.

Перемикач місця керування S₄ (14) служить для перемикання випрямляча на дистанційне і місцеве керування. Праве положення відповідає місцевому регулюванню, ліве – дистанційному. В останньому випадку резистор регулювання напруги R₁₀ виявляється вимкнутим і регулювання проводиться потенціометром, який встановлюється на головці автомата.

Система керування тиристорами побудована за принципом вертикального керування і складається з таких основних вузлів:

- вхідного пристрою;

- фазозсувного пристрою;

- трьох підсилювачів Д₁ – Д₃ на елементах ”Логіка” – Т404;

- трьох пристроїв формування імпульсів.

На панелі апаратури (24) встановлені: пускач двигуна вентилятора К₁ з запобіжниками F₁ - F₃ (на схемі не показані), проміжне реле К₃ з конденсатором С₈ (на схемі не показані).

В блоці захисту (18) знаходяться захисні ланцюжки RC тиристорів (на схемі не показані).

Як датчики напруги, пропорційної величині зварювального струму, використовуються трансформатори струму Т₆ – Т₈ (17), виконані на тороїдних сердечниках. Первинними обмотками кожного трансформатора струму служать два зустрічно ввімкнутих проводи, які йдуть від обмоток силового трансформатора до навантаження. Вторинні обмотки з’єднані в зірку і через діодний міст V₁₆ під’єднані до резистора зворотнього зв’язку за струмом R₁₂.

Принцип роботи випрямляча ВДУ – 1001

Принципову електричну схему випрямляча ВДУ – 1001 можна зобразити у вигляді таких функціональних блоків (рисунок 5.3).

Мережа

Т

В

ТС

L

Дуга

СФК

АР

Т – силовий трансформатор; В – тиристорний випрямляч; ТС – трансформатори струму; L – дроселі; СФК – система фазового керування; АР – автоматичний регулятор.

Рисунок 5.3 – Функціональна блок – схема ВДУ – 1001

Для пуску випрямляча необхідно встановити рукоятку автоматичного вимикача QF на задній стінці випрямляча в положення ”Включено”, а перемикач виду характеристик S₃ та перемикач місця керування S₄ в потрібні положення.

При натисканні кнопки ”Пуск” спрацьовує реле К₁, контакти якого вмикають електродвигун вентилятора М і допоміжний трансформатор Т₂ в мережу. Якщо повітряний потік вентилятора спрямований так, що повітря засмоктується через задню стінку випрямляча і виходить через передню решітку згідно напису ”Выход воздуха”, то спрацьовує реле контролю вентиляції К₂, контакти якого знаходяться в колі пускового реле К₃, останнє через електромагнітний пускач К₄ вмикає силовий трансформатор Т₁ і вхідний пристрій. Випрямляч готовий до роботи. (Реле контролю вентиляції К₂ і пускове реле К₃ на схемі не показані).

Оскільки схема випрямлення, що складається з силових тиристорів V₁ – V₆, зібрана за шестифазною кільцевою схемою, то відбувається подвоєння фаз і зміщення напруги одна від іншої на 60 ⁰. Випрямлена напруга буде майже постійною з частотою пульсації 300 Гц.

Блок фазового керування здійснює фазове керування силовими тиристорами і завдяки цьому дає змогу формувати зовнішню характеристику випрямляча.

Вхідний пристрій блоку керування забезпечує подачу в схему формування імпульсів шестифазної синхронізованої з мережею опорної напруги. Фазозсувний пристрій забезпечує зміну фази керуючих імпульсів відносно фази напруги мережі.

Величина зсуву забезпечується зворотнім зв’язком за струмом і напругою, який відбувається за допомогою трансформаторів струму Т₆ – Т₈ та схеми на транзисторі VT₁, яка задає певну, залежну від положення повзуна резистора R₁₀, напругу на елементи ”Логіка”.

В елементах ”Логіка” відбувається порівняння сигналів вхідного пристрою і напруги керування. Сумарна імпульсна напруга подається в пристрій формування імпульсів, складений з трансформаторів Т₃ – Т₅ і блоків діодів V₂₂ – V₂₄. Сформовані імпульси позитивної полярності подаються на керуючі електроди відповідних тиристорів.

Вхідний пристрій містить обмотку Т₂ – 2 додаткового трансформатора, блоки діодів V₁₉ – V₂₁, резистори R₂₁ – R₂₆. Частини обмоток кожної фази (9В) утворюють шестифазну зірку і забезпечують шестифазну синхронізовану з мережею опорну напругу. Інші частини обмоток підключаються до обмоток опорної напруги через блоки діодів і резистори. Напруга на цій обмотці випереджає на 60 ⁰ відповідну опорну напругу.

Завдяки такому вмиканню основної і дозвільної обмоток, час проходження струму по основній обмотці буде визначатися півперіодом, протягом якого протікає струм у відповідній дозвільній обмотці. Таким чином, в схему фазового керування із вузла формування шестифазної синусоїдальної напруги подаються шість відрізків синусоїд тривалістю біля 160 ⁰ кожний.

Фазозсувний пристрій при роботі випрямляча на жорстких і спадаючих зовнішніх характеристиках має дещо відмінні схеми, які перемикаються при переході з одного виду зовнішньої характеристики на інший перемикач S₃.

Отримання жорсткої чи спадаючої характеристик здійснюється системою автоматичного регулювання вихідної напруги чи струму відповідно.

Фазозсувна напруга – це сума двох зустрічно ввімкнутих напруг: регульованої, яка знімається з резистора R₁₈ і нестабілізованої напруги зміщення, прикладеної між загальними проводами живлення елементів Д₁ – Д₃ (нульовий провід обмотки Т₂ - 3) і емітером транзистора VT₁ (величиною 8 – 10 В). Напруга, що знімається з резистора R₁₈, є вихідною напругою проміжного підсилювача системи автоматичного регулювання. Як проміжний підсилювач в системі авторегулювання використовується транзистор VT₁.

При роботі випрямляча на спадаючих зовнішніх характеристиках (перемикач S₃ в 1 положенні) струм бази транзистора і, як правило, струм колектора визначається різницею двох напруг: стабілізованої напруги задання, яка знімається з резистора R₁₀ і напруги зворотнього зв’язку за струмом навантаження, що знімається з резистора R₁₂.

При холостому ході, коли струм навантаження відсутній, транзистор VT₁ повністю відкритий і насичений базовим струмом, який визначається напругою задання. Напруга на R₁₈ мінімальна, при цьому силові тиристори повністю відкриті. По мірі збільшення струму навантаження, збільшується напруга на R₁₂, зменшується базовий струм транзистора, що приводить до збільшення напруги на R₁₈ і, відповідно, до збільшення кута відкривання тиристорів. Струм навантаження при цьому зменшується. Величина струму навантаження, таким чином, залежить від напруги задання, встановленої резистором R₁₀. Резистором R₉ проводиться підстроювання меж регулювання струму. Резистор R₁₆ служить для підстроювання крутизни спадаючої характеристики.

При роботі випрямляча на жорстких зовнішніх характеристиках (перемикач S₃ в 2 положенні) коло зворотного зв’язку за зварювальним струмом (резистори R₁₂ і R₁₆) вимикається і напруга зворотного зв’язку подається на базу транзистора через резистор R₁₄. Зворотній зв’язок за напругою забезпечує стабілізацію вихідної напруги при зміні навантаження і коливаннях напруги мережі. Для згладжування зворотного зв’язку використовується ланцюжок С₁₀ – С₁₅. Резистором R₈ проводять підстроювання меж регулювання.

Вузол формування і підсилення керуючих сигналів виконаний на елементах Д₁ – Д₃ (”Логіка” Т – 404). Живлення їх здійснюється напругою 25 В. Через резистор R₃ подається зміщення плюс 6 В. Елемент Т – 404 – це трьохкаскадний підсилювач постійного струму з кількома входами. На входи 3 і 5 елементів Д₁ – Д₃ подається напруга з вхідного і фазозсувного пристроїв. Коли напруга на якомусь вході стає від’ємною і перевищить порогове значення (приблизно 4 В), транзисторний вихід каскаду елемента відкривається.

Конденсатори С₁₁ – С₁₃ через перехід відкритого транзистора елементів Д₁ – Д₃ підключаються до середньої точки обмоток Т₂ – 3 і заряджаються. Зарядження конденсаторів відбувається через діоди V₁₀ – V₁₂ і первинні обмотки імпульсних трансформаторів Т3 – Т5 від однієї частини обмоток Т₂ – 3, на якій в даний момент є від’ємний потенціал відносно середньої точки. Імпульс розрядного струму конденсаторів з вторинних обмоток Т₃ – Т₅ через діоди V₂₂ – V₂₄ подається на керуючі переходи силових тиристорів V₁ – V₆.

Фазування обмоток трансформатора Т₁, кіл керування, зв’язаних з трансформатором Т₂, а також двигуна вентилятора повинно бути суворо дотримане у відповідності з принциповою електричною схемою випрямляча.

Виконання роботи полягає в зніманні з випрямляча ВДУ – 1001 зовнішньої і регулювальної характеристик.

Зовнішня характеристика – це функціональна залежність зміни вихідної напруги випрямляча від величини струму навантаження, тобто:

=U_д=f(I_д). (5.1)

Зовнішні характеристики зняти в обох діапазонах спадаючих і жорстких характеристик. На лицьовій панелі блоку розташовані пускова кнопка S₁ (9), стопова кнопка S₂ (10), аварійна кнопка (8), амперметр А (6), вольтметр V (5), сигнальна лампочка (7), що показує наявність напруги на випрямлячі, резистор регулювання напруги R₁₀ (12), перемикач зовнішніх характеристик S₃ (11), перемикач місця керування S₄ (14), перемикач місцевого вмикання і вимикання зварювального струму S₂ (13).

Регулювальна характеристика для спадаючих зовнішніх характеристик – це функціональна залежність струму короткого замикання від напруги задання, тобто

І_кз=f(U_з). (5.2)

Для жорстких зовнішніх характеристик регулювальна характеристика визначає функціональну залежність напруги навантаження від напруги задання

U_д=f(U_з). (5.3)