Все большее применение в разрядных цепях КМ нахо­дят инверторы на тиристорах. Они заменяют электромеха­нические контакторы для реверсирования тока в сварочном трансформаторе, применяются в машинах для шовной

сварки, а также для регу­лирования формы и значе­ния сварочного тока.

На рис. 3.7 изображена принципиальная электриче­ская схема КМ с реверсиро­ванием разрядного тока в сварочном трансформаторе ТС [1]. Батарея конденса­торов Сн заряжается до на­пряжения заданного уровня через зарядное устройство V. Разряд батареи Сн на сварочный трансформатор ТС производится путем по­очередного включения двух пар тиристоров FS7, VS3 и KS2, VS4. Этим достигается реверсирование разрядного тока в трансформаторе ТСГ что позволяет избежать на­магничивания последнего и благодаря этому использо­вать сварочный трансформа­тор значительно меньших габаритов, чем при одностороннем разряде. Так как процесс разряда батареи Сн носит коле­бательный характер, что типично практически для всех КМ, то после момента равенства нулю напряжения на ба­тарее Сн ЭДС самоиндукции начинает перезаряжать по­следнюю напряжением обратного знака. Для батареи элек­тролитических конденсаторов это недопустимо, и для пре­дотвращения этого применены два шунтирующих тиристо­ра KS5 и KS6. Если работали тиристоры VS1 и KS3 и ток в трансформаторе ТС протекал в направлении, указанном сплошной стрелкой, то как только обратное напряжение на батарее Сн достигнет нескольких вольт, включится ти­ристор KS5, так как к его управляющему электроду отно­сительно катода прикладывается положительное напряже­ние. Тиристор KS5 шунтирует на себя весь ток, обуслов - 72

ленный ЭДС самоиндукции; при этом тиристоры VS1 и VjS3 сразу же выключаются. Аналогично работает и шун­тирующий тиристор V1S6, когда в следующем цикле раз­рядный ток включают тиристоры VS2 и VS4. Диод VD предотвращает возникновение обратного напряжения на управляющих переходах тиристоров VS5 и 1Л$6, резистор R ограничивает ток управления. Схема обеспечивает на­дежное выключение тиристоров VS1—KS4 инвертора, что позволяет сразу же после их выключения производить за­ряд батареи конденсаторов Сн, и надежно предохраняет электролитические конденсаторы от перезаряда обратным напряжением.

Практическое применение инверторы мостового типа с включением коммутирующего конденсатора последова­тельно с нагрузкой, так называемые последовательные ин­верторы, нашли в КМ для шовной сварки [6]. В ИЭС име­ни Е. О. Патона разработана схема КМ (рис. 3.8), по­зволяющая получать как однополярные, так и разнополяр­ные импульсы сварочного тока, обеспечивающая жесткие режимы сварки и равномерно потребляющая энергию из сети. Машина содержит выпрямительное устройство V, на­копительную батарею электролитических конденсаторов Сн и последовательный мостовой инвертор на тиристорах VS1—KS4 и коммутирующих конденсаторах Ск, нагрузкой которого служит сварочный трансформатор ТС. В одной

схеме трансформатор ТС включен в диагональ инвертора и в нем возбуждаются импульсы переменного тока или разнополярные импульсы, в другой трансформатор ТС включен до инвертора на стороне постоянного тока и в нем возбуждаются однополярные импульсы тока. Машина ра­ботает следующим образом.

Накопительная батарея Сн заряжается от выпрямите­ля V. При попеременном включении диаметрально распо­ложенных тиристоров коммутирующий конденсатор Ск пе­резаряжается через сварочный трансформатор ТС импуль­сами тока, являющимися одновременно сварочными, при­чем конденсатор Ск способствует процессу перезаряда. Для нормальной работы схемы процесс перезаряда конденса­тора Ск должен носить колебательный характер, при кото­ром тиристоры VS1, VS3 и VS2, VS4 выключаются при первом же прохождении тока через нуль, пропуская лишь ■одну полуволну тока. Следовательно, длительность свароч­ного импульса определяется полупериодом собственных колебаний контура и не зависит от частоты управляющих импульсов, включающих тиристоры. Напряжение на кон­денсаторе Ск через несколько полупериодов достигает ре­зонансного значения, которое превышает напряжение на батарее Си. Для расчета сварочной цепи и выбора режима ■сварки выведем формулы, определяющие установившееся

•значение напряжения ^ск на конденсаторе С„ и ампли­тудное значение сварочного тока /га во вторичной обмот­ке сварочного трансформатора. Мгновенный ток в свароч­ной цепи описывается формулой

(3.45)

где

Uc —напряжение на накопительной батарее конденсато-

ров Сн; UcK —напряжение на конденсаторе Ск во вре­мя паузы между импульсами сварочного тока; L' и L" — соответственно индуктивность рассеяния первичного и вто­ричного контуров сварочной цепи; R' и R" — соответствен-

74

но активные сопротивления первичного и вторичного кон­туров сварочной цепи; Rn — сопротивление свариваемых деталей; п — коэффициент трансформации трансформато­ра ТС.

Мгновенное напряжение на конденсаторе иск (0 выра­жается формулой

t

ис (t)=uc (Q)-^y-m. dt=uc (0)-

к к J 11 к

0

-Рсн + иСк (0)1 q + Q [1 - e_t'(C0S Ы +-S" 8ІП“*) ] ■' (3-46)

В формулах (3.45) и (3.46) время t отсчитывается от начала очередного импульса тока. Так как сварочный ток проходит через нуль в момент ^св=я/со, то при установив­шемся резонансном режиме ^ск (*св)= ^ск - Учитывая, что

при этом UСк(0) — — Uc и подставляя это значение в

уравнение (3.46), после несложных преобразований полу­чим

(3.47)

— 1.

Если учесть, что на практике, как правило, имеет место соотношение СН^>С„, то формула (3.47) значительно упро­щается:

Vc=UCr cthgj-. (3-48)

При этом выражение для амплитуды сварочного тока бу­дет

(3.49)

Пользуясь формулами (3.47) — (3.49), можно рассчи­тать параметры разрядного контура шовной машины, обес­печивающие нужный режим сварки. Рассмотренные схемы позволяют плавно регулировать режим сварки, отличают­ся простотой и достаточной надежностью. По сравнению
с традиционными схемами шовных КМ, частота свароч­ных импульсов которых ограничена частотой сети, в схе­мах с последовательным инвертором верхняя допустимая частота следования сварочных импульсов значительно вы­ше. К достоинствам схемы следует отнести также постепен­ное нарастание импульсов сварочного тока в начале цик­ла; такая амплитудная модуляция получается без каких - либо специальных мер, за счет особенности протекания переходного процесса в схеме инвертора. Можно отметить также, что данные схемы могут быть использованы для точечной сварки пачкой импульсов на повышенной часто­те, для чего необходимо иметь лишь задатчик длительно­сти серии сварочных импульсов.

Схемы с применением последовательных инверторов находят все более широкое применение для регулирования формы и значения сварочного тока. Хорошими возможно­стями для этого обладает уже упомянутая в первой главе схема (см. рис. 1.10, б). Работа ее напоминает работу рас­смотренной схемы (рис. 3.8), однако за счет наличия вы­прямителя на вторичной стороне сварочного трансформа­тора характер протекания электромагнитных процессов в ней имеет свои особенности [7]. Работа схемы периодична. Периодом Т является время между поочередными включе­ниями тиристоров VS1, VS3 и VS2, VS4. Импульс вторич­ного тока і2 состоит из множества таких периодов; в свою очередь, каждый период состоит из четырех этапов Ту, Т2, Т3, 74 (рис. 3.9).

Рассмотрим работу схемы на первом этапе, с момента включения очередной пары тиристоров, например V&2 и KS4. Примем в общем случае, что перед этим в сварочной цепи проходит ток і*2, который равномерно распределен по диодам VD1 и VD2 и двум виткам вторичной обмотки сварочного трансформатора ТС. Наличие этого тока обус­ловливается запасенной в индуктивности сварочного конту­ра энергией. Ток на первичной обмотке трансформатора при этом отсутствует, так как магнитные потоки в магни - топроводе трансформатора от равных по значению токов, протекающих через диоды VD1 и VD2 в разные стороны, также равны, направлены в противоположные стороны и поэтому взаимно компенсируют друг друга. При включе­нии тиристоров VS2 и VS4 в первичной обмотке трансфор­матора ТС появляется ток под действием суммарного на­пряжения на накопительном Сн и коммутирующем Ск кон­денсаторах. Во вторичной цепи ТС начинается коммутация тока, переход тока в цепь одного из диодов, например VD. Первый этап, или этап начальной коммутации, заканчи­вается, когда ток полностью переходит в цепь диода VD1 и прекращается в цепи диода VD2.

Начинается второй этап, межкоммутационный, когда ток в цепи проводящего диода нарастает до максимально­го значения и затем начинает спадать. Коммутирующий конденсатор Ск, имеющий значительно меньшую емкость, чем накопительная батарея конденсаторов Сн, перезаряжа­ется током ti на обратную полярность до напряжения, не­сколько превышающего напряжение на накопительном кон­денсаторе. При этом на запертом диоде VD2 появляется напряжение прямой полярности, и, когда оно достигает порогового значения, диод VD2 включается. В этот момент начинается третий этап, этап конечной коммутации, в те­чение которого вторичный ток /г за счет энергии, накоп­ленной в индуктивности сварочного контура, равномерно распределяется по двум виткам вторичной обмотки транс­форматора ТС и диодам VD1 и VD2. Ток it спадает до ну­ля. Затем следует четвертый этап — пауза между выклю­чением одной пары тиристоров и включением другой.

Вторичный ток і2 нарастает только на межкоммутаци­онном этапе, на других этапах спадает по экспоненте. Электромагнитные процессы на каждом из этапов описы­ваются характерной для данного этапа системой линейных

дифференциальных уравнений. Здесь отметим лишь, что первичный і и вторичный і2 токи связаны типовым соот­ношением для км і2=ііП, где « — коэффициент трансфор­мации только на втором, межкоммутационном, этапе.

На рис. 3.10 приведены зависимости некоторых пара­метров для экспериментальной установки МТКВ-5001, на­ходящейся в промышленной эксплуатации. Основные па­раметры установки, при которых снимались характеристи­ки, следующие: Сн=400000 мкФ, Ск=500 мкФ, VCo= =400 В, L"=2.0-10-6 Гн, LK=0,3-10-6 Гн, Д"=23-10-6 Ом, п=30. Видно, что с увеличением паузы между импульса­ми первичного тока от 100 до 6400 мкс амплитуда вторич - ного тока І2 уменьшается от 47 до 15 кА, а его пульсация увеличивается от 1,5 до 41,0%. Увеличение коммутирую­щей емкости Ск от 100 до 500 мкФ приводит к уменьше­нию частоты f2 пульсаций вторичного тока и напряжения ык на коммутирующем конденсаторе Ск в два раза, мак­симальное же значение вторичного тока hmax увеличива­ется весьма незначительно.