Сварочный выпрямитель – это аппарат, преобразующий переменный ток сети в постоянный ток для сварки.
Рисунок. Устройство сварочного выпрямителя (с трансформатором с подвижными обмотками)
Сварочный выпрямитель для дуговой сварки, как правило, состоит из силового трансформатора, выпрямительного блока, пускорегулирующей, измерительной и защитной аппаратуры.
Рисунок. Типовая функциональная блок-схема выпрямителя для сварки плавящимся электродом
Силовой трансформатор преобразует энергию силовой сети в энергию, необходимую для сварки, а также согласует значения напряжений сети с выходным напряжением. В однопостовых выпрямителях используют преимущественно трехфазные трансформаторы, поскольку однофазные одно- и двухполупериодные схемы выпрямления приводят к существенным пульсациям выходного напряжения, которые ухудшают качество сварных соединений.
Регуляторы тока (или регуляторы напряжения) используются для формирования жесткой или падающей внешней характеристики. Они позволяют установить режим сварки и соответствующее значение сварочного тока.
Выпрямительный блок в основном собирают по трехфазной мостовой схеме, реже – по однофазной мостовой двухполупериодного выпрямления. При трехфазной мостовой схеме обеспечивается более равномерная загрузка трехфазной силовой сети и достигаются высокие технико-экономические показатели. В качестве полупроводников применяются селеновые или кремниевые вентили.
Виды сварочных выпрямителей
В зависимости от конструкции силовой части сварочные выпрямители подразделяют на следующие виды:
- регулируемые трансформатором;
- с дросселем насыщения;
- тиристорные;
- с транзисторным регулятором;
- инверторные.
Сварочные выпрямители также классифицируют по типу формируемых вольт-амперных характеристик.
При механизированной сварке под флюсом или в защитном газе в сварочных аппаратах с саморегулированием дуги используют однопостовые выпрямители с жесткими внешними характеристиками. Обычно в таких выпрямителях применяется трансформатор с нормальным магнитным рассеянием. Возможные способы регулирования сварочного напряжения:
- витковое регулирование – в сварочном выпрямителе с трансформатором с секционированными обмотками;
- магнитное регулирование – в выпрямителе с трансформатором с магнитной коммутацией или дросселем насыщения;
- фазовое регулирование – в тиристорном выпрямителе;
- импульсное регулирование – широтное, частотное и амплитудное регулирование в выпрямителе с транзисторным регулятором и инверторном выпрямителе.
Наиболее известные выпрямители с жесткими (естественно пологопадающими) внешними характеристиками для механизированной дуговой сварки:
- серий ВС (ВС-200, ВС-300, ВС-400, ВС-500, ВС-600, ВС-632), ВДГ (ВДГ-301, ВДГ-302, ВДГ-303, ВДГ-603) и ВСЖ (ВСЖ-303);
- а также сварочные выпрямители ВС-1000 и ВС-1000-2 для механизированной сварки в аргоне, гелии, углекислом газе, под флюсом.
При ручной дуговой сварке применяют выпрямители с падающими внешними характеристиками. В конструкциях российских аппаратов используют следующие способы формирования характеристик:
- повышение сопротивления трансформатора – в сварочном выпрямителе с трансформатором с подвижными обмотками, с магнитным шунтом либо с разнесенными обмотками;
- применение обратной связи по току – в тиристорном, транзисторном или инверторном выпрямителях.
Наиболее распространенные выпрямители для ручной дуговой сварки: серии ВД (ВД-101, ВД-102, ВД-201, ВД-301, ВД-302, ВД-303, ВД-306, ВД-401), типов ВСС-120-4, ВСС-300-3, а также аппараты ВД-502 и ВКС-500, предназначенные для автоматической сварки под флюсом.
Весьма популярны и универсальные сварочные выпрямители, формирующие как падающие, так и жесткие характеристики. Наиболее известные типы:
- серии ВСК (ВСК-150, ВСК-300, ВСК-500) для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, полуавтоматической и автоматической сварки в защитных газах;
- серий ВСУ (ВСУ-300, ВСУ-500) и ВДУ (ВДУ-504, ВДУ-305, ВДУ-1201, ВДУ-1601) для ручной сварки покрытыми электродами, механизированной сварки плавящейся электродной проволокой под флюсом, в защитных газах, порошковой проволокой.
Сварочные выпрямители с крутопадающими характеристиками и регулируемые трансформатором
Силовая часть выпрямителя состоит из трансформатора и выпрямительного блока с силовыми диодами.
Рисунок. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя с крутопадающими характеристиками, регулируемого трансформатором
В таких выпрямителях обычно используются трехфазные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием – с подвижными обмотками или магнитными шунтами.
Рисунок. Трехфазные трансформаторы с подвижными обмотками и магнитными шунтами
Режимы сварки регулируются комбинированно: ступенчато за счет переключения обмоток трансформатора со «звезды» на «треугольник» и плавно, например, в результате изменения зазора между обмотками трансформатора.
Рисунок. Упрощенные схемы соединения обмоток трансформатора в сварочном выпрямителе – в «звезду» и в «треугольник»
Рисунок. Вольт-амперные характеристики сварочных выпрямителей типа ВД
Сварочные выпрямители с жесткими характеристиками и регулируемые трансформатором
Силовая часть выпрямителя состоит из трансформатора, выпрямительного блока и сглаживающего дросселя.
Рисунок. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя типа ВС
За счет дросселя снижается скорость увеличения сварочного тока и его пиковое значение при возбуждении дуги, а также уменьшается разбрызгивание расплавленного металла при сварке плавящимся электродом (проволокой).
В сварочных выпрямителях типа ВС используется ступенчатое регулирование напряжения – переключением числа витков обмоток.
В выпрямителях типа ВСЖ (ВСЖ-303) применяется плавно-ступенчатое регулирование. Плавное регулирование режима сварки осуществляется с помощью трансформатора с магнитной коммутацией (см. рисунок ниже).
Рисунок. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя с трансформатором с магнитной коммутацией и схема конструкции трансформатора в выпрямителе типа ВСЖ-303
Сварочные выпрямители с дросселем насыщения
Дроссель насыщения применяется в конструкциях выпрямителей, формирующих как падающие, так и жесткие характеристики.
Типичным представителем выпрямителей с дросселем насыщения и крутопадающими внешними характеристиками является сварочный выпрямитель ВД-502.
Рисунок. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя ВД-502
В нем используются силовой трехфазный трансформатор с нормальным магнитным рассеянием, несимметричный дроссель насыщения, выполненный на трех отдельных сердечниках с одной обмоткой управления, и выпрямительный блок с трехфазной мостовой схемой. Режим работы выпрямителя настраивается за счет изменения индуктивности дросселя насыщения.
Типичный представитель выпрямителей с дросселем насыщения и жесткими внешними характеристиками – сварочный выпрямитель ВДГ-302.
Рисунок. Функциональная блок-схема сварочного выпрямителя ВДГ-302
В нем используется плавно-ступенчатое регулирование вольт-амперных характеристик. Ступенчатое регулирование осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации силового трехфазного трансформатора с нормальным магнитным рассеянием. С помощью пакетно-кулачкового переключателя первичные обмотки трансформатора устанавливаются на три рабочих положения.
Рисунок. Регулирование вольт-амперных характеристик в сварочном выпрямителе ВДГ-302
Плавное регулирование в пределах каждой ступени выполняется трехфазным симметричным дросселем насыщения, выполненным на шести попарно объединенных ленточных сердечниках. Первая ступень регулирования напряжения соответствует соединению фаз первичной обмотки «треугольником» с применением отводов, вторая ступень регулирования – соединению фаз обмоток «треугольником» без отводов, третья ступень регулирования – соединению фаз обмоток с применением отводов «звездой».
Выпрямительный блок имеет трехфазную мостовую схему с неуправляемыми вентилями.
Обмотка управления дросселя насыщения питается через стабилизатор и выпрямительный блок 1. Обмотка смещения дросселя насыщения питается от вторичных обмоток трансформатора через выпрямительный блок 2.
