Вентили, используемые в сварочных выпрямителях

Используют преимущественно кремниевые силовые вентили: неуправляемые (диоды), неполностью управляемые (тиристоры) и управляемые (транзисторы).
Принцип работы диода рассмотрим на примере простейшей схемы однополупериодного выпрямления (рис.4.2). В положительном полупериоде синусоидального напряжения питающей сети диод V оказывается включенным в прямом направлении (рис. 4.2,а). Поскольку при этом его сопротивление мало, прямой ток iпр (рис. 4.2,б) сравнительно велик.

Рис.4.2. Осцилограммы (б) и работа диода при прямом (а) и обратном (в)
включении в цепи переменного тока

Практически все напряжение сети приложено к нагрузке Rн, а падение напряжения на диоде uпр не превышает 1—2 В. В отрицательном полупериоде (рис. 4.2,в) диод включен в обратном направлении, его сопротивление резко возрастает, а ток iобр снижается почти до нуля. На нагрузку напряжение почти не подается, поскольку практически все напряжение сети приложено к разрыву цепи, образованному закрытым диодом. Таким образом, если пренебречь незначительным обратным током iобр, по нагрузке идет прерывистый ток одного направления — выпрямленный ток iд = iпр. Его усредненное за полный период значение — Iпр.

Рассмотрим работу тиристора (рис. 4.3,а). Для отпирания тиристора необходимо выполнить два условия. Во-первых, его следует включить в прямом направлении, т.е. потенциал его анода А должен быть выше потенциала катода К. Во-вторых, на его управляющий электрод УЭ необходимо подать положительный относительно катода импульс напряжения. Поэтому в положительном полупериоде тиристор отопрется с задержкой на электрический угол a, соответствующий подаче импульса управления. Следовательно, среднее значение выпрямленного тока Iпр, пропорциональное заштрихованной площади, для тиристора меньше, чем для диода, и к тому же снижается при увеличении задержки включения.

Запирание обычного тиристора снятием импульса управления невозможно, он выключается только в конце полупериода при снижении пеpеменного напряжения до нуля. Поэтому тиристор называют неполностью управляемым вентилем. В течение отрицательного полупериода тиристор заперт. Таким образом, тиристор можно использовать не только для выпрямления, но и для регулирования тока.

Рис.4.3. Тиристор (а) и транзистор (б) в цепи переменного тока

Силовые транзисторы разработаны сравнительно недавно. Хотя они еще ненадежны и дороги, ожидается их широкое внедрение благодаря уникальным возможностям регулирования, которые они предоставляют. В сварочных выпрямителях перспективна схема с общим эмиттером ОЭ (рис. 4.3,б). Обычно транзистор используется в качестве ключа. В положительном полупериоде, пока в режиме отсечки до момента a1 на базу Б не подан ток iб, практически отсутствует и прямой ток iпр коллектора К, а значит, и ток в нагрузке. При подаче достаточно большого тока базы iб транзистор в момент a1 перейдет сразу в режим насыщения, в котором прямой ток коллектора iпр резко возрастает до значения, ограниченного только напряжением питающей сети U~ и сопротивлением нагрузки Rн. При снятии тока базы в момент a2 резко снизится и прямой ток.

Сварочные выпрямители

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.