Выбор схемы выпрямителя на вторичной стороне и схемы включения управляемых вентилей на первич­ной стороне трансформатора зависит от совокупности многих факторов. К ним относятся: технологические требования к волнистости кривой выпрямленного то­ка (к допустимой глубине пульсаций); размеры рабо­чего пространства машины — вылет электродов и раствор сварочного контура, определяющие индук­тивность цепи нагрузки выпрямителя; энергетические показатели —потребляемая мощность и коэффициент мощности; количество управляемых вентилей на пер­вичной стороне и условия их работы; простота и на­дежность работы выпрямителя и системы управления с учетом возможной асимметрии импульсов управле­ния, если принимать во внимание эксплуатацию в це­ховых условиях.

Контактные машины с большим вылетом электро­дов и раствором сварочного контура, предназначеи - 6
ные для сварки крупногабаритных изделий, имеют столь большую индуктивность сварочного контура, что уже при периодичности выпрямленного напря­жения т—Ъ (т. е. при использовании трехфазного ну­левого выпрямителя) глубина пульсаций выпрямлен­ного тока весьма мала и удовлетворяет технологиче­ским требованиям к волнистости кривой выпрямлен­ного тока. При малом рабочем пространстве машин

индуктивность сварочного контура может оказаться недостаточной для эффективного сглаживания кривой выпрямленного тока при т=3. В этих случаях целе­сообразно иметь т=6, т. е. применять шестифазный выпрямитель. Кроме того, шестифазный выпрямитель целесообразно использовать в мощных машинах с целью снижения потребляемой мощности и повыше­ния коэффициента мощности. Дальнейшее увеличение периодичности пульсаций выйрямленного напряжения (т>б) в контактных машинах нецелесообразно в связи с существенным усложнением выпрямителя и схемы управления.

Наиболее простым и надежным является трехфаз­ный нулевой выпрямитель. В связи с тем что на вто­ричной стороне трансформатора выпрямляются полу­волны напряжения одной полярности, достаточно на первичной стороне трансформатора управлять полу­волнами напряжения также только одной полярно­сти. Схема трехфазного нулевого выпрямителя с однотактным вентильным управлением на первич­ной стороне трансформатора приведена на рис. 1 [6, 8]. Первичная обмотка трехфазного трехстержне­
вого трансформатора соединена треугольником с включением в каждую фазу по одному управляемо­му вентилю. Управляемые вентили отпираются по­очередно через 120° соответственно периодичности вы­прямленного напряжения при т=3.

При включении управляемого вентиля к соответст­вующей фазе первичной обмотки подводится полувол­на линейного напряжения сети, которая трансформи­руется на вторичную сторону и через неуправляемые венти­ли данной фазы подводится к цепи сварочного контура. Продолжительность проводи­мости вентилей каждой фазы на вторичной стороне транс­форматора составляет 2л/3+у, где у — угол коммутации при передаче выпрямленного тока с фазы на фазу.

Диаграммы токов и напря­жений в элементах схемы вы­прямителя при условии прене­брежения падением напряже­ния на вентилях, намагничи­вающей составляющей фазных токов трансформатора и пуль­сациями выпрямленного тока приведены на рис. 2. При этом угол фазового регули­рования а=0. Диаграммы для шестифазных выпрямителей, рассматриваемые ниже, соответствуют этим же условиям. На оси 1 да­ны линейные напряжения сети иАв, иВс, Uca и вы­прямленное напряжение ед на оси 2 — вторичные фазные токи і2а, Ї26, 'tec (токи неуправляемых венти­лей) и первичные фазные токи ha, ііь, he (токи управ­ляемых вентилей, которые на рис. 2 не обозначены, так как по форме подобны вторичным фазным то­кам) ; на осях 3, 4, 5 — линейные токи сети і а, ів, 1с - Несмотря на униполярный характер первичных фазных токов, магнитопровод трехфазного трансфор­матора перемагничивается за период напряжения се­ти. Это связано у тем, что изменения магритрого р©-

8)

Рис. 3

foKS в ікажДом стержне магйитопровода при работе «своей» фазы и поочередной работе двух других фаз противоположны по знаку,

В наиболее мощных машинах целесообразно при­менять шестифазные выпрямители, энергетически бо­лее эффективные, чем трехфазные. Оптимальными для условий низких напряжений и больших токов являются выпрямители, соединенные на вторичной стороне по схеме «две трехфазные обратные звезды» и работающие в двойном трехфазном режиме {10]. Различные варианты схем включения управляемых вентилей на первичной стороне трехфазного транс­форматора и его первичных обмоток приведены на рис. 3 для шестифазного выпрямителя, включенного на вторичной стороне по схеме рис. 3,ж.

Диаграммы токов и напряжений выпрямителя, первичные обмотки трансформатора которого соеди­нены треугольником, а управляемые вентили включе­ны в линейные провода (рис. 3,а), приведены на рис. 4. На оси / даны линейные напряжения сети и выпрямленное напряжение, на осях 2, 3 — токи вто­ричных обмоток трансформатора и неуправляемых вентилей 1—6. На оси 4 показаны токи первичных обмоток трансформатора, на осях 5—7 — линейные токи и токи управляемых вентилей Ґ—6'. Во внеком - мутационные интервалы на вторичной стороне ток проводят два неуправляемых вентиля — один из не­четной и один из четной звезды. На первичной сторо­не ток проводят одновременно три управляемых вен­тиля из разных групп. Каждый вентиль проводит за период ток в интервале 180°.

Амплитуда тока вентиля составляет Im=zId/kAj где 1а —- выпрямленный ток; /гд — коэффициент транс­формации при соединении первичной обмотки треуголь­ником. Средний ток вентиля

/ср== /й/(3/гд).

Коммутация фазных токов на вторичной стороне происходит внутри каждой звезды через 120°. Каждая коммутация происходит с момента равенства мгно­венных значений линейных напряжений сети, тран­сформируемых во вторичные фазные обмотки.

В интервале коммутации ток проводят одновременно два коммутирующих вентиля одной звезды и один вентиль — другой. Мгновенное значение выпрямлен­ного напряжения представляет собой полусумму на­пряжений двух звезд, которые сдвинуты относитель­но друг друга на 180° [16]. Без учета коммутации

Кб,, ( .

Ud== ~2~UsoCOSl ОД-

где Uw — действующее значение вторичного фазного напряжения трансформатора при холостом ходе. Кри­вая выпрямленного напряжения имеет шестикратную

периодичность с амплитудой Ut0. Среднее значе­ние выпрямленного напряжения

+ - в

6 Г l/fi ил

Udo =~ъГ J —сГ и го cos wldmt= 1,17 *r">

где '1/л — действующее значение линейного напряже­ния.

Во время коммутации мгновенное 'значение вы­прямленного напряжения соответствующей звезды равно полусумме напряжений коммутируемых фаз. Среднее значение выпрямленного напряжения за счет потерь на коммутацию уменьшается на величину [10] •

Ап __ ЗЛгдсф

—ИГ* у

где Хф — индуктивное сопротивление фазной цепи вы­прямителя.

Коммутация тока на первичной стороне происхо­дит через каждые 60° в вентилях, встречно-парал­лельно включенных в один линейный провод сети, и в четных и нечетных вентилях, включенных в два других провода, т. е. в коммутации участвуют четыре вентиля. В вентилях, включенных встречно-парал­лельно в один провод, ток изменяется от половины максимального значения до нуля в одном вентиле и
затем от нуля до половины максимального значения— в другом. В двух других вентилях ток изменяется от половины максимального значения до полного и от полного значения до половины. При этом решающую роль играет коммутация во встречно-параллельных

вентилях, так как вступаю­щий в работу вентиль не может включиться до тех пор, пока не выключится шунтирующий его парал­лельно включенный вентиль.

Диаграммы токов и на­пряжений выпрямителя, пер­вичные обмотки трансфор­матора которого соединены треугольником, а управляе­мые вентили — последова­тельно с фазными обмотка­ми (рис. 3,6), аналогичны диаграммам на рис. 4. Ис­ключение составляют токи управляемых вентилей, ко­торые являются частью фаз­ных токов, представленных на оси 4. Во внекоммутаци - онные интервалы ток прохо­дит по двум управляемым вентилям. Каждый вентиль проводит ток в интервале 120° без учета угла комму­тации.

Амплитуда тока вентиля /m = /d/(2&д). Средний ток вентиля /ср=/<г/6(7^д). Коммутация тока на первичной стороне происходит в двух вентилях четной или не­четной группы поочередно. Два работающих управ­ляемых вентиля во внекоммутационный интервал подводят к двум первичным фазным обмоткам транс­форматора соответствующие линейные напряжения сети, которые трансформируются во вторичные об­мотки. В обмотках третьей, не работающей в данное время, фазы наводится э. д. с., равная сумме напря­жений двух работающих фаз.

В симметричной трехфазной системе сумма двух линейных напряжений равна по абсолютной величине третьему напряжению, но имеет противоположную полярность. В результате этого при работе управляе­мых вентилей двух фаз напряжение на управляемых вентилях третьей фазы равно нулю. С момента вы­равнивания мгновенных значений линейных напряже­ний начинается коммутация фазных токов на вторич­ной стороне трансформатора. При этом результирую­щее напряжение в обмотках вступающей в работу фазы (третьей) уменьшается, что приводит к появле­нию прямого напряжения на очередном управляемом вентиле, которое обеспечи­вает возможность его вклю­чения при подаче управля­ющего сигнала.

Диаграммы токов и на - t пряжений выпрямителя, пер­вичные обмотки трансфор­матора которого соединены звездой, а управляемые вен­тили включены в линейные провода сети (рис. 3,в), при­ведены на рис. 5. Во вне- коммутационные интервалы 4 на первичной стороне вклю­чены два управляемых вен­тиля — один из четной и один из нечетной группы.

Включенные вентили ПОД - g водят соответствующее ли­нейное напряжение сети к двум последовательно включенным первичным фазным обмоткам трансформатора. Подводимое на­пряжение делится пополам между обмотками и трансформируется во вторичные обмотки тех же фаз, где выпрямляется соответствующими неуправляемы­ми вентилями. Напряжения в принадлежащих к раз­ным звездам вторичных обмотках двух фаз равны по величине и совпадают по фазе, что обеспечивает их параллельную работу независимо от наличия уравнительного реактора. Кривая выпрямленного на­
пряжения имеет шестикратную периодичность с амп­литудой, равной V2LV Без учета потерь на комму­тацию среднее значение выпрямленного напряжения

UJ |/"2 Ui0 cos aytdwt= 1 ,35£/20 = 1,35

iz

~~ 1Г

где ky — коэффициент трансформации при соединении

первичных обмоток звездой. При одинаковых значе­ниях выпрямленного напряжения в сравнении с ра­нее рассмотренными случаями коэффициент транс - k/ 1 35

формации = “‘ГУТт’ что соответствУет == KIV3.

Коммутация тока на первичной и вторичной сто­роне начинается с момента включения очередного управляемого вентиля. Для получения режима полно­фазного выпрямления включение очередного вентиля должно производиться в момент равенства по абсо­лютной величине мгновенных значений двух линей­ных напряжений. При этом прямое напряжение на вентиле определяется как разность одного из указан­ных (растущего) напряжений и половины второго, разделившегося между работающими первичными

обмотками трансформатора, что составляет ^ ця%

Коммутация на первичной стороне происходит шесть раз за период, поочередно между двумя венти­лями четной или нечетной группы. С момента начала коммутации, т. е. включения управляемого вентиля в третьем линейном проводе, к первичным обмоткам трансформатора прикладываются три фазных напря­жения питающей сети. Выпрямитель переходит в ре­жим работы, характерный для выпрямителя без управляемых вентилей на первичной стороне транс­форматора jjlO}. Среднее значение выпрямленного на­пряжения за счет потерь на коммутацию уменьшается на величину Шх = 3/d^/(4ic).

Без учета угла коммутации каждый управляемый вентиль проводит ток Б интервале 120° за период.

Амплитуда тока управляемого вентиля, Vbid

Средний ток вентиля Ар

Диаграммы токов и напряжений выпрямителя, первичные обмотки трансформатора которого соеди­нены звездой, а шесть управляемых вентилей включе­ны в разрыв нулевой точки (рис. 3,г) 13], аналогичны диаграммам на рис. 5, за исключением диаграмм то­ков управляемых вентилей. Во внекоммутационные интервалы на первичной стороне включен только один управляемый вентиль, который подводит к при­соединенным к нему двум первичным фазным обмот­кам трансформатора соответствующее линейное на­пряжение сети. Неуправляемые вентили на вторичной стороне, вторичные и первичные обмотки трансформа­тора работают так же, как и в выпрямителе по схеме рис. 3,е. В коммутации тока на первичной стороне участвуют один управляемый вентиль из нечетной и один из четной группы. Во время коммутации при одновременной работе двух управляемых вентилей разных групп нулевая точка звезды, образованной первичными фазными обмотками трансформатора, оказывается замкнутой. К обмоткам прикладываются фазные напряжения питающей сети. Выпрямитель переходит в режим, характерный для выпрямителя без управляемых вентилей на первичной стороне (аналогичный режиму для. выпрямителя по схеме рис. 3,е). Без учета угла коммутации каждый управ­ляемый вентиль проводит ток в интервале 60° за пе­риод. Амплитуда тока управляемого вентиля

, _ Vs / im^2kA ld‘

Средний ток управляемого вентиля

, Кз,

/ср 12АД 1а■

Диаграммы токов и напряжений выпрямителя первичные обмотки трансформатора которого соеди­нены звездой, а три управляемых вентиля включены в разрыв нулевой точки (рис. 3,д) [9], аналогичны диаграммам на рис. 5. Исключение составляют токи ^управляемых вентилей. Несмотря на наличие на пер­вичной стороне только трех управляемых вентилей, выпрямитель ' является шестифазным. При работе одного управляемого вентиля (например, )') к пер­вичным фазным обмоткам а и Ь, включенным после­довательно, приложено линейное напряжение иАВ, которое делится между ними и трансформируется во вторичные обмотки. На вторичной стороне проводят ток неуправляемые вентили 1 и 4. В момент, соответ­ствующий полнофазному выпрямлению, включается управляемый вентиль 3. Прямое напряжение на нем в этот момент

ия.

Через два включенных вентиля 1' и 3' замыкается нулевая точка звезды. С этого момента к трем пер­вичным обмоткам будут приложены три фазных на­пряжения питающей сети. Выпрямитель переходит в режим, характерный для выпрямителя без управ­ляемых вентилей на первичной стороне трансформа­тора. Происходит коммутация тока между фазами Ъ и с на вторичной и первичной стороне. По оконча­нии коммутации ток на первичной стороне последо­вательно проводят управляемые вентили 1' и 3'. Ну­левая точка звезды остается замкнутой. Через 60° на вторичной стороне происходит коммутация тока в вентилях 1 и 3. Вентиль 1 прекращает проводить ток, и соответственно выключается управляемый вен­тиль V. Нулевая точка звезды размыкается. К пер­вичным фазным обмоткам бис, включенным после­довательно, будет приложено линейное напряжение иве через вентиль 3', которое делится между обмот­ками и трансформируется во вторичные обмотки.

Таким образом, через 60° чередуются два внеком- мутационных интервала — одновентильный на пер­вичной стороне и двухвентильный. Среднее значение выпрямленного напряжения в обоих интервалах оди­наково.

Действительно, для одновентильного интервала

Для двухвентильного интервала

(№= 1,17^-= 0,675^-.

dD V3kY kY

Имея в виду, что &у = kjV3, для обоих интерва­лов получим:

Ua „=1,17

Каждый управляемый вентиль без учета угла коммутации проводит ток в течение 180° за период (60° в одновентильном интервале и по 60° в двухвен­тильных интервалах). Амплитуда тока управляемого вентиля

і __ Уз г

Средний ток управляемого вентиля

/ __ Уз j

Уср — 4ЛД

Диаграммы токов и напряжений выпрямителя с двумя трехфазными трансформаторами, первичные обмотки которых соединены треугольником (рис. 3,е), а управляемые вентили включены по одному последо­вательно с каждой фазной обмоткой, аналогичны диаграммам выпрямителя по рис. 3,6. ^Исключение со­ставляют диаграммы токов фазных первичных обмо­ток, которые нагружены током только одной поляр­ности в интервале 120° за период, как и управляемые вентили. Управляемые вентили подводят к фазным первичным обмоткам двух одинаковых трансформа­торов напряжения, сдвинутые относительно друг дру­га на 180°, в результате чего на вторичной стороне обмотки оказываются соединенными в две обратные звезды и работают параллельно на общую нагрузку. Во внекоммутационные интервалы в каждом транс - 2—742 17
форматоре включен один управляемый вентиль. В связи с этим прямое напряжение на очередном управляемом вентиле в момент, соответствующий полнофазному выпрямлению, равно сумме соответст­вующего линейного напряжения и половины э. д. с., индуктируемой в первичной обмотке фазы, вступаю­щей в работу, и составляет

3 У%і г т

Шестифазные выпрямители по схеме рис. 3 ана­логичны по энергетическим показателям. Различия между ними заключаются в основном в условиях ра­боты управляемых вентилей. В табл. 1 приведены

Таблица I Схема выпрямителя Количество управляемых вентилей Амплитуда тока Средний ток /а Id Рис. 3,а 6 kA Рис. 3,б Id Id 6 2ЙД Уз и Уз Id Рис. 3, в 6 2kA Vb Id Узи Рис. 3, г 6 2*д Шд Рис. 3, д з Уз id Уз Id 2йд 4kA Id Id Рис. 3, е 6 2kA 6ЙД

амплитудные и средние токи и количество управляе­мых вентилей. По нагрузке управляемых вентилей оптимальными являются схемы выпрямителей на рис. 3,6 и е. Однако в выпрямителе по рис. 3,6 за­труднены условия включения управляемых вентилей, что снижает надежность работы и предъявляет по­вышенные требования к схеме управления. В связи с этим в первую очередь нашел применение в наибо - 18

лее мощных машинах выпрямитель по схеме 3,е. До­полнительным преимуществом этого выпрямителя является возможность выполнения его из двух трех­фазных выпрямителей (рис. 1), используемых в ма­шинах меньшей мощности.

Находит применение выпрямитель по схеме ис. 3,д [17]. В этом выпрямителе амплитуда тока в 1,7, а средний ток в 2,6 раза больше. Кроме того, фазовому регулированию в выпрямителе поддаются полуволны напряжения только одной полярности. Однако наличие всего трех управляемых вентилей упрощает выпрямитель и делает использование его целесообразным в некоторых случаях в машинах не­большой мощности.