CC BY
17
УДК 621.791.753
В.Ф. Мухин, С.Е. Руденко, В.К. Сумленинов
Омский государственный технический университет, г. Омск
ПРИМЕНЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ТОКУ
В ТИРИСТОРНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЯХ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
В тиристорных сварочных выпрямителях с помощью электронного регулятора решаются три основные задачи: формирование падающей внешней характеристики выпрямителя; регулирование режима; управление процессом переноса электродного металла с созданием благоприятных условий для спокойного перехода капли в сварочную ванну, что снижает потери на разбрызгивание.
Формирование падающей внешней характеристики для сварки покрытыми электродами в тиристорном выпрямителе с трех или шестифазной схемой выпрямления осуществляется за счет отрицательной обратной связи по среднему току с воздействием на угол управления тиристорами. В однофазных выпрямителях этот способ не применим, так как приводит к нарушению процесса из-за перерывов в горении дуги. Существенное увеличение индуктивности дросселя позволяет вести процесс лишь на малых токах [1]. Исходя из этого, в однофазных выпрямителях падающую характеристику формируют конструкцией силового трансформатора.
Регулирование режима для выпрямителей трех- и шестифазного выпрямления осуществляется перемещением внешней характеристики или изменением ее угла наклона также фазовым регулированием тиристоров. Для однофазных выпрямителей такое регулирование возможно лишь в очень узком диапазоне и малоэффективно по причинам, указанным ранее. Исходя из этого, регулирование осуществляется секционированием обмоток сварочного трансформатора механическими переключателями с числом ступеней до 20 [2].
Для однофазного выпрямителя формирование внешней характеристики и регулирование режима возможно при помощи релейной обратной связи по току. В этом случае управление тиристорами обеспечивается введением в цепь обратной связи по току компаратора, вход которого подключен к стандартному шунту, а выход управляет включением-выключением тиристоров [3]. Изменение тока в течение двух полупериодов при постоянной нагрузке при различной настройке компаратора показано на рис. 1.
Ü0
а б
Рис. 1. Изменение тока в нагрузке выпрямителя с релейной обратной связью (а) и передаточная характеристика компаратора (б); Urs - падение напряжения на шунте
284
Внешние характеристики такого выпрямителя отличаются по форме от типовых падающих характеристик сварочных выпрямителей наличием волнообразных участков, рис. 2. Осциллограммы тока на участке характеристики 1-2 показаны на рис. 3. При дальнейшем увеличении нагрузки на участке 2-3 ток становится пульсирующим с частотой не 100, а 50 Гц и равными амплитудами. Далее после некоторого увеличения тока амплитуда одной
пульсации начинает уменьшаться по аналогии с рис. 3 и образуется волна участка 3, рис. 2.
Рис. 2. Внешние характеристики однофазного выпрямителя с релейной обратной связью
Затем амплитуды снова выравниваются и продолжается рост тока, приближаясь к нулю. Уменьшение ивк (рис. 1, б) независимо от иот или уменьшение и0 при неизменной ширине петли гистерезиса компаратора передвигает внешнюю характеристику влево, а противоположные действия вправо.
Рис. 3. Осциллограммы изменения тока и напряжения (слева направо) при увеличении нагрузки на участке 1 -2 внешней характеристики (отметчик времени 20 мс)
285
Таким образом возможно регулирование режима без изменения фазового угла управления тиристорами и опасности перерывов в горении дуги. При неизменной величине индуктивности дросселя в 0,3...0,5 мГ кратность плавного регулирования при постоянной нагрузке не менее 1,8. Однако при большой разнице в амплитудах токов сильноточной и слаботочной пульсаций проплавляющая способность дуги сводится к минимуму, происходит быстрый нагрев электрода до недопустимых температур и разрушения обмазки при неудовлетворительном формировании сварного шва. Исходя из этого кратность регулирования таким способом должна быть уменьшена до 1,3...1,5. При необходимости увеличенный диапазон регулирований может быть получен дополнительным регулированием фазового угла включения
тиристоров, а для еще более широкого диапазона регулирования сварочных токов достаточным будет введение одной ступени секционирования витков обмотки силового трансформатора.
Внешняя характеристика источника питания не дает полного представления о процессе сварки, так как характеризует лишь изменение средних значений тока и напряжения при увеличении нагрузки. При плавящимся электроде на перенос металла основное влияние оказывают переходные процессы, связанные с быстрым замыканием каплей расплавленного металла электрода дугового промежутка и определяемые динамическими характеристиками элементов сварочной цепи и схемой управления.
В настоящее время установлено, что для создания благоприятных условий, обеспечивающих спокойный переход капли расплавленного металла в сварочную ванну без разбрызгивания, необходимо быстрое снижение тока в конце короткого замыкания, чтобы дуга возбуждалась на спаде тока. Так для тиристорного выпрямителя предлагается увеличение пульсаций тока путем перехода от 6 к 3-х фазному выпрямлению для повышения вероятности переноса за одну пульсацию и увеличение скорости спада тока в конце пульсации, совпадающей с коротким замыканием [4], рис. 4, а. Тот же эффект для ручной сварки покрытым электродом от однофазного выпрямителя достигается с помощью релейной обратной связи. При соответствующей настройке компаратора подключение тиристора в следующем после короткого замыкания полупериоде произойдет только после спада тока независимо от фазы пульсации, что обеспечит спокойный переход капли в сварочную ванну и снижение разбрызгивания металла, рис. 4, б. Возможно также введение релейной обратной связи и в схему шестифазного выпрямителя, что обеспечивает тот же эффект [5].
Рис. 4. Осциллограммы тока и напряжения при сварке: а - от 3-х фазного выпрямителя по способу ВКЗ [4]; б - от однофазного с релейной обратной связью (отметчик времени - 20 мс)
286
Таким образом применение релейной обратной связи решает вопрос применения тиристоров в однофазных сварочных выпрямителях и дает положительный эффект в других схемах выпрямителей с тиристорами.
Библиографический список
1. Мейстер, Р. А. Сварочные свойства однофазных выпрямителей: монография / Р. А. Мейстер, А. Р. Мейстер. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. - 170 с.
2. Лихачев, В. Л. Электросварка : справочник / В. Л. Лихачев. - М. : СОЛОН-Пресс, 2004. - 672 с.
3. Мухин, В. Ф. Однофазный сварочный выпрямитель с релейной обратной связью /
В. Ф. Мухин, Е. Н. Еремин // Сварочное производство. - 2007. - № 9. - С. 3-5.
4. Карасев, М. В. Сравнительный анализ сварочно-технологических свойств современных выпрямителей для сварки в защитных газах / М. В. Карасев, Д. Н. Работинский, Г. В. Павленко, К. А. Павлов // Сварка в Сибири. - 2000. - № 2. - С. 22-30.
5. Мухин, В. Ф. Повышение управляемости тиристорных выпрямителей с помощью релейной обратной связи / В. Б. Мухин // Славяновские чтения : сб. научн. тр. / ЛГТУ. -Липецк, 2009. - Кн. 2. - С. 294 - 297.
