Сеть

У/ Сеть

Сеть

а) J

Сеть

"11

Сеть

Сеть Г

Сеть ;

Рис 3.5. Схемы трансформаторов с цепью подпитки (а-д) и импульсной стабилизацией (е-з)

причем дополшиельная обмотка расположена в зоне вторичной обмотки силового трансформатора, например намотана поверх нее с тем, чтобы обеспечить достаточную магнитную связь между этими двумя обмотками. При включении любого из тиристоров конденсатор заряжается до текущего значения сетевого напряжения. Зарядный ток конденсатора проходит по дополнительной обмотке, трансформируется во вторичную цепь силового трансформатора и вызьшает в дуговом промежутке импульс напряжения, достаточный для повторного возбуждения дуги. По окончании периода проводимости тиристора дуга гаснет, конденсатор разряжается на первичную обмотку силового трансформатора.

В следующий полупериод сетевого напряжения включается второй тиристор фазорегулятора, конденсатор заряжается в обратном направлении, его зарядный ток вызывает стабилизирующий импульс в межэлектродном промежутке и повторное возбуждение дуги.

Параметры стабилизирующего импульса определяются подбором соотнощения витков импульсной и вторичной обмоток и емкостью конденсатора. Амплитуда импульса зависит от угла включения тиристоров, однако незначительно, поскольку в реальных ТТ с кратностью регулирования сварочного тока около двух угол включения тиристоров изменяется в пределах 60-120° эл., что соответствует колебаниям амплитуды импульса приблизительно на 14% от максимального значения. В тех же пределах колеблется относительно максимального значения и скорость нарастания сварочного тока при смене полярности:

di dt

где U20m - амплитуда напряжения холостого хода вторичной обмотки сварочного трансформатора; - индуктивность сварочного контура.

Таким образом, скорость нарастания тока при фазовом регулировании без подпитки в отличие от амплитудного регулирования практически не убьшает при снижении значения тока.

В тех случаях, когда вьшолнение дополнительной импульсной обмотки почему-либо нежелательно, может быть использован отдельный импульсный трансформатор (рис. 3.5,лг), вторичная обмотка которого включена через разделительный конденсатор параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора.

Экспериментально установлено, что оптимальный коэффициент трансформации цепи стабилизирующего импульса равен единице; емкость конденсатора в трансформаторах для автоматической сварки под флюсом на 1000 и 2000 А, вьшолненных по схеме рис. 3.5, е, составляет ЮмкФ, а в трансформаторах для ручной сварки на 315-500 А может бьиь снижена до 2 мкФ. В схеме по рис. 3.5, ж для получения тех же параметров импульса емкость конденсатора должна быть удвоена. Длительность стабилизирующего импульса т в зависимости от емкости и режима сварки изменяется в пределах 20-100 мс.

Число витков W и сечение х (в метрах квадратных) магнитопровода импульсного трансформатора можно приближенно определить по формуле

WS -

где f/, - напряжение сети, В; т - длительность импульса, с; 5 = 1,5 Тл.

Для подавления высокочастотных колебаний в цепь импульсной стабилизации необходимо включить резистор с сопротивлением 1-2 Ом.

Рис. 3.6. Осциллограмма стабилизирующего импульса трансформатора ТДФЖ-1002

На рис. 3.6 представлена осциллограмма стабилизирующего импульса трансформатора ТДФЖ-1002, выполненного по схеме рис. 3.5, е.

Принцип импульсной стабилизации дуги прерьшистого переменного тока может быть реализован и при установке тиристорного фазорегулятора во вторичной цепи сварочного трансформатора. На рис. 3.5, з дана схема ТТ с устройством генерации высоковольтных импульсов, обеспечивающих первоначальное зажигание и повторное возбуждение дуги. В момент включения тиристора зарядный ток конденсатора С наводит во вторичной обмотке высоковольтного трансформатора Т2 импульс высокого напряжения, достаточный для пробоя межэлектродного промежутка. Конденсатор фильтра Сф защищает источник питания от перенапряжений.

На рис. 3.7 приведены внешние характеристики тиристорных трансформаторов с цепью подпитки (о) и без нее (б) для углов включения от О до 120° эл. Кривая 1 является внешней характеристикой,цепи подпитки.

Расчетные соотношения для токов, напряжений и мощности дуги при фазовом регулировании. Приведенные ниже расчетные соотношения позволяют произвести электрические расчеты силового трансформатора, выбор тиристоров фазорегулятора и оценить технологические возможности ТТ применительно к конкретным видам сварки. Вывод

Рис. 3.7. Внешние характеристики трансформаторов с цепью подпитки (а) и импульсной стабилизацией (б)

Рис. 3.8. Осциллограммы сварочного тока и напряжения дуги трансформатора с цепью подпитки (а, б) и импульсной стабилизацией (в) в режимах непрерьтного (а, в) и импульсного (б) тока, снятые при сварке алюминия вольфрамовым электродом (а, б) и стали под флюсом (в)

расчетных соотношений произведен сначала для режима прерьшистых сварочных токов.

Анализ осциллограмм сварочного тока ТТ разной мощности и назначения (рис. 3.8) свидетельствует о практической синусоидальности импульсов сварочного тока. Тогда для среднего за полупериод и действующего значений сварочного тока с учетом его прерьшистого характера справедливы соотношения:

2ср 2т >

l2-JI.

где- амплитудное значение импульса тока.

Коэффициент njO характеризует скважность импульсов сварочного тока. Введя коэффициент а = V п/в , получим

2ср =

;2т 2 -

2т, 4 = 1.11а,

где кф - коэффициент формы тока.

Для практических расчетов целесообразно представить все расчетные параметры через действующие значения напряжения и тока дуги, выраженные в относительных единицах. За базовые величины приняты действующие значения вторичного напряжения холостого хода трансформатора и вторичного тока при коротком замьпсании:

Uq - U20, /б -2к.з - 20/2.

где х2 - приведенное ко вторичной цепи индуктивное сопротивление трансформатора.

Относительные значения напряжения и тока дуги:

Расчеты, проведенные на ЭВМ, и эксперименты показали, что при поддержании постоянства действующего значения тока /2 = const длительность его протекания, амплитуда и коэффициент формы остаются практически постоянными при изменении напряжения дуги C/„ в широких пределах. На рис. 3.9, а приведены расчетные зависимости, показьша-ющие постоянство угла проводимости в при изменении бд при различных значениях 7д. Это обстоятельство позволяет построить кривые изменения основных параметров ТТ с прерьшистым током (а, в, Уср = ср Дб> Ут = hmlb) функции "Уд без учета значения напряжения бд (рис. 3.9, б). Пользуясь зависимостью а = /(Гд), легко по действующему значению напряжения дуги определить его амплитуду Е = а С/д, которая предполагается постоянной в течение всего времени горения дуги.

Ниже даны примеры использования приведенных соотношений.

180 160°

т° т°

100° 80° 60° 0° 20°

0,2 0,и 0,6 0,1

160°

ih(f 120°

100° 80° 60° 1*0°

20°

Ь7 1,S 1,5 1,h 1,3 1, 1,1 1,0 0,9 0,8 0,1 0,6 0,5 0,U 0,3 0,2 0,1

о 0,2 <D,t 0,6 0,3 1,0

Рис. 3.9. Зависимости в = / (ед) при = const (fl) и в, а, ур, 7 = /"(7д) (б) 54

Пример 3.1. Тиристорный трансформатор для ручной дуговой (жарки на номинальный ток 315 А имеет два диапазона регухшровадая с Токами короткого замыкания 7iK.3 = 480 А и /зк.з = 240 А. Сварка производится током /д = 120 А. Определить амплитуду и длительность импульсов тока в случае работы на первом и втором диапазонах тока.

Решение. По графику (рис. 3.9, б) находим для 7 = 0,25 значение е = 95 ° эл.; hm = 0,572к.з = 240 А. Для второго диапазона: 7 = 0,5; в = 133° эл.; = = 0,85/2к.з = 204 А.

Пример 3.2. Трансформатор ТДФЖ-2002 использован для автоматической сварки на режиме 7д = 675 А; Сд = 32 В. Оператор ошибочно выбрал диапазон больших токов (/.3 = 4500 А). Опредехшть амплитуду дугового напряжения Ер.

Решение. По графику (рис. 3.9, б) для 7 = 675/4500 = 0,15 находим а = 1,54, тогда £д = 49 В. При использовании диапазона малых токов с /.з = 1800 А дуга будет значительно короче: Ер = 40 В.

В ТТ с цепью подпитки ток дуги практически синусоидален при полностью открытых и закрытых ти{шсторах. В промежуточных режимах кф зависит как от относительной продолжительности включения тиристоров в/п, так и от соотношения токов короткого замыкания вспомогательной и основной цепей п = /к.з/-к.з-

Для определения кф дпя ТТ с цепью подпитки получена эмпирическая формула

кф = 1,11-tpj

Зависимость коэффициента формы тока дуги с подпиткой от относительной продолжительности включения тиристоров кф = f {в/п) для ряда значений п приведена на рис. 3.10, е. На рис. 3.10, 5 изображена экспериментальная зависимость кф = /(7д) тиристорного трансформатора, выполненного по схеме рис. 3.5, в с соотношением токов короткого замыкания основной и подпиточной цепей п = 0,037.

Мощность дуги. Активная мощность дуги переменного тока зависит от амплитуды дугового напряжения и среднего тока:

,2 1,0

1,5 1,1,

1,1 1,0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 О 0,15 0,30 0,1,5 0,60 0,75 В/л-*- V -»-

Рис. 3.10. Зависимость кф = f (в/п) для трансформатора с цепью подпитки (fl) и экспериментальная зависимость кф= f (7д) (б)