Рассмотрим работу тиристорного источника, выполненного по схеме рис. 3.1, г.

Процессы в идеальном источнике. Сначала полагаем, что индуктив­ное сопротивление дросселя xi выпрямленный ток id при этом полностью сглажен. Линейные диаграммы напряжений и токов для активной нагрузки при трех углах регулирования приведены на рис. 3.2. На рис. 3.2,а представлены напряжения питания и2 и нагрузки ин (ось 1), напряжения на выходе выпрямителя uj и на дросселе и і (ось 2), вы­прямленный ТОК Zj И ТОКИ тиристоров /1'2 и І3 4 (ось 3), ток нагрузки і2 (ось 4). Штриховыми линиями на осях 3, 4 показаны значения токов ij и і2 при конечном значении индуктивного сопротивления дросселя L.

Рассмотрение начнем с режима (рис. 3.2,а), близкого к короткому замыканию, когда среднее за полупериод значение напряжения нагрузки ия -* 0. Очевидно, что для этого режима применимы все соотношения, справедливые для мостового выпрямителя, работающего на чисто ин­дуктивную нагрузку.

Напряжение

UH = • t/2/7ГCOS ifi = ^2cpCOS ifl,

где U2cp — среднее за полупериод вторичное напряжение трансформа­тора; <р — угол включения тиристоров.

Для этого режима (UH ->0, тиристоры VS1, VS2 (см.

рис. 3.1, г) вступают в работу при углах » тг/2 и будут проводить ток ід до момента я + ір (рис. 3.2, а), когда произойдет мгновенная комму­тация и в работу вступят тиристоры VS3, VS4. В период работы одной группы тиристоров (VS1, VS2) напряжение на выходе выпрямителя изменяется по закону косинуса uj = fl • U2 cos оЛ, причем в интервале 42

ip... я оно имеет положительное, а в интервале тг... (тг + <р) — отрица­тельное значение. В этом интервале постоянство тока ід поддерживается энергией, запасенной в дросселе L. В момент тг + у, когда вступят в ра­боту тиристоры VS3, VS4, напряжение ид скачкообразно изменит свой знак.. Это напряжение в режиме короткого замыкания практически полностью прикладывается к дросселю (uL = ид). Ток нагрузки /2 имеет прямоугольную форму, напряжение на активной нагрузке и„ повторяет форму тока нагрузки. Очевидно, что коэффициенты формы и амплитуды тока й напряжения нагрузки равны единице.

При уменьшении угла включения от значения, соответствующего режиму короткого замыкания (>р »= я/2), до некоторого предельного угла ірп напряжение на нагрузке возрастает, сохраняя прямоугольную
форму. Начиная с угла >рп (рис. 3.2, б) должен происходить переход напряжения нагрузки «„ и тока /2 от прямоугольной к синусоидальной форме. Ток /2 при изменении полярности не может мгновенно увели­читься выше значения i2 = uHjRn. Следовательно, предельное значение ifin, при котором возможна прямоугольная форма напряжения, опреде­лится из выражения ин = (JH = fl ■ i/2 sin <pn. С другой стороны, как было приведено выше, ия = 2fl ■ U21 я cos Следовательно, = = arctg - = 32,5е. Предельное значение напряжения нагрузки, при

1Г

котором еще сохраняется прямоугольная форма тока, UHJI = 0,844 t/2cp. На рис. 3.2, в показан режим перехода к синусоидальному току при ¥><¥’„•

Таким образом, устройство позволяет регулировать напряжение нагрузки в широком диапазоне - от 0 до 0,844U2cp при сохранении прямоугольной формы тока. Этот диапазон значительно перекрывает зону сварочных режимов. В частности, при аргонодуговой сварке £/д = = (0,2 ... 0,25) U2cp.

Работа реального источника. Отличие режимов работы реальных источников от режимов работы идеальных связано с двумя основными причинами: наличием рассеяния силового трансформатора и конечным значением индуктивности сглаживающего дросселя. Первой причиной можно практически пренебречь, если в схеме использовать силовой трансформатор с минимальным рассеянием.

Конечное значение индуктивного сопротивления xL дросселя обу­словливает наличие в токах id и z2 гармонических составляющих. В ре­жиме короткого замыкания uL имеет наибольшее значение и изменяется по закону косинуса (рис. 3.2,а), Гармонические составляющие токов под действием uL изменяются в каждый полупериод по синусоидаль­ному закону

Полный ток і2 за полупериод

* 2 ~ І2ср ~ т~1^ ^2т~ sin В.

Отметим, что путем соответствующего выбора значения индуктив­ного сопротивления дросселя (*£ = 2fT • t/2 /те/2 ср) МОЖНО создать

источники с чисто синусоидальной формой тока. Расчеты и эксперименты показали, что масса дросселя в источниках синусоидального тока соиз­мерима с массой силового трансформатора.

Для получения благоприятной для сварки прямоугольной формы тока с малой гармонической составляющей масса дросселя должна превышать массу силового трансформатора.

Соотношение переменной и постоянной составляющих тока можно выразить через коэффициент пульсаций

Очевидно, что в процессе регулирования тока для сохранения коэф­фициента формы тока неизменной (0, = const) необходимо поддержи­вать ПОСТОЯННЫМ произведение I2 cpxL - Дли этого дроссель следует ВЫПОЛНЯТЬ нелинейным. Для снижения величины Pj, т. е. приближения формы тока к прямоугольной, в диапазоне малых сварочных токов без увеличения массы дросселя его обмотку можно выполнять сек­ционированной и предусмотреть две ступени индуктивности, например, за счет переключения секций обмотки с параллельного соединения на последовательное.

Несмотря на значительную массу и необходимость применения двойного комплекта тиристоров, источники с прямоугольной формой тока широко используются в отечественных и зарубежных установках для аргонодуговой сварки, где требования к форме тока весьма жестки. В таких источниках не требуется применения специальных мер для подавления постоянной составляющей тока, которая компенсируется автоматически за счет некоторой задержки включения тиристоров в полупериоды прямой полярности. Очевидно, что на основе рассмот­ренной схемы легко выполнить и комбинированные источники постоян­ного и переменного тока. Такие источники для аргонодуговой сварки выпускаются отечественной промышленностью и будут рассмотрены в главе пятой.

Для сварки плавящимся электродом (ручной и автоматической) такие источники промышленного применения не получили. Это связано, наряду с повышенным расходом материалов, с большой инерционностью изменения сварочного тока, что неблагоприятно сказывается на про­цессах переноса электродного металла.