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Saldatura elettrica. Regolazione della corrente di saldatura nella sorgente per la saldatura semiautomatica con regolatore a tiristori. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / attrezzatura per saldatura

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Regolazione del voltaggio le sorgenti con regolazione graduale della tensione e della corrente di saldatura vengono effettuate commutando le prese del trasformatore di saldatura mediante speciali ponticelli o interruttori.

Come dimostra la pratica, questo approccio di solito non consente di scegliere la modalità di saldatura ottimale e inoltre non garantisce un risultato costante quando si modificano i parametri del circuito di saldatura, della rete di alimentazione o quando si lavora con varie miscele di gas protettivi.

Aumento del numero di stadi di commutazione consente di migliorare le proprietà operative della sorgente, ma allo stesso tempo è necessario utilizzare interruttori multiposizione complessi e ingombranti e le unità di avvolgimento della sorgente sono notevolmente complicate. Ciò, da un lato, ne aumenta il costo e, dall'altro, ne riduce notevolmente l'affidabilità.

Per molto tempo ci sono stati e sono usati vari metodi per regolare agevolmente la tensione e la corrente di saldaturautilizzando avvolgimenti mobili, shunt magnetici o amplificatori magnetici.

Ma tali metodi non presentano vantaggi fondamentali, perché implicano:

• progettazione di trasformatori più complessa e costosa;
• la presenza di speciali unità di regolazione elettromagnetiche o meccaniche.

Inoltre, tali opzioni sono più spesso adatte per sorgenti con una caratteristica esterna discendente e non sono del tutto adatte se la caratteristica esterna deve essere dolcemente discendente o dura. Per tali fonti per molto tempo non è esistita una valida alternativa alle fonti con interruttori a contatto.

Garantire la continuità della corrente di saldatura

L'opportunità di cambiare lo status quo e sostituire gli interruttori a contatto con altri senza contatto si presentò nel 1955, quando fu prodotto il tiristore, il primo dispositivo di commutazione a semiconduttore con potenza sufficiente per l'uso nelle sorgenti di saldatura. L'uso dei tiristori ha permesso di ottenere una regolazione regolare della tensione e della corrente, nonché di eliminare le parti meccaniche in movimento, aumentando l'affidabilità delle fonti di saldatura.

Consideriamo un generatore di saldatura con regolazione fluida della tensione e della corrente di saldatura.

Il tiristore come elemento chiave ha due stati:

• aprire;
• Chiuso.

Chiuso il tiristore non conduce corrente, ma in aperto - conduce. Poiché un tiristore è in grado di condurre corrente in una sola direzione, viene spesso chiamato valvola controllata a semiconduttore (Raddrizzatore controllato al silicio, SCR).

A differenza di un diodo, un tiristore, oltre all'anodo e al catodo, ha un ulteriore elettrodo di controllo: Facendo passare la corrente attraverso di esso, è possibile trasformare il tiristore in uno stato aperto. Sfortunatamente, affinché il tiristore passi allo stato chiuso, non è sufficiente rimuovere il segnale di controllo dall'elettrodo di controllo. Per fare ciò, è necessario ridurre a zero la corrente che scorre attraverso il tiristore. Ciò lo rende un dispositivo a semiconduttore non completamente controllabile.

Tuttavia, questa circostanza non interferisce molto se il tiristore viene utilizzato in circuiti a corrente alternata. In questo caso la polarità della corrente viene ripristinata e invertita due volte durante il periodo. Pertanto, il tiristore può essere spento naturalmente alla fine di ogni semiciclo della corrente alternata.

Poiché il tiristore non ha stati intermedi di conduttività, la corrente o la tensione possono essere regolate solo modificando il tempo del suo stato aperto t_u (Fig. 18,13).

18.13. Il principio della regolazione della tensione e della corrente mediante un tiristore

Questo tipo di regolamento presenta vantaggi e svantaggi. Per vantaggi Ciò significa che il tiristore ha una resistenza molto elevata quando è chiuso e una resistenza molto bassa quando è aperto. Pertanto, su di esso viene dissipata poca potenza, il che rende possibile costruire sorgenti controllate da tiristori altamente efficienti.

К cons si riferisce al fatto che la conseguenza del funzionamento del regolatore a tiristori è il "morso" dei frammenti sinusoidali e un aumento della durata delle pause t_n nella tensione di uscita.

L'uso di un raddrizzatore controllato a onda intera (Fig. 18.14) garantisce un uso più efficiente del trasformatore, elimina la magnetizzazione unilaterale del nucleo del trasformatore e riduce anche la durata delle pause tn tra gli impulsi.

Riso. 18.14. Regolazione della tensione e della corrente tramite raddrizzatore controllato a onda intera

Tuttavia anche in questo caso, soprattutto per la corrente di saldatura minima, le pause nella tensione di uscita sono significative. Per mantenere l'arco durante queste pause, è necessario utilizzare uno starter più efficiente rispetto ad una sorgente di saldatura con raddrizzatore non controllato. E qui ci troviamo di fronte ai requisiti mutuamente esclusivi menzionati in precedenza.

С un latoPer garantire la continuità della corrente di saldatura è necessario aumentare l'induttanza dell'induttore. CON l'altra partePer ottenere la velocità di aumento della corrente di cortocircuito richiesta, l'induttanza dell'induttore non può essere aumentata oltre un certo valore, che garantisce di non soddisfare il primo requisito.

Nel capitolo precedente abbiamo utilizzato un'ulteriore fonte di corrente boost per soddisfare questi requisiti. In questo caso, questa soluzione non è adatta, perché a causa del funzionamento del raddrizzatore controllato, l'equilibrio della tensione verrà sconvolto. Pertanto, dalla sorgente di reintegro verrà prelevata una corrente paragonabile in grandezza alla corrente principale. Cioè, quando si tenta di ridurre la corrente utilizzando un raddrizzatore controllato, la corrente mancante fluirà nel circuito di saldatura dalla fonte di alimentazione.

Questo problema può essere risolto utilizzando induttanza a due avvolgimenti L1, L2 (Fig. 18.15). Le induttanze L1 e L2 sono collegate tra loro tramite rapporto di trasformazione dell'acceleratore

Diamo uno sguardo più da vicino al principio di funzionamento di questa valvola a farfalla. Diciamo che uno dei tiristori del ponte controllato è aperto. In questo caso, la corrente dell'arco I(V3), simulata da una sorgente di tensione V3 con una resistenza interna di 0,05 Ohm, scorre attraverso l'avvolgimento dell'induttore L1, che ha un'induttanza insignificante di 0,3 mH (Tabella 18.1).

Nel momento in cui la tensione V3 supera la tensione istantanea della sorgente di tensione alternata VI, il tiristore a ponte precedentemente aperto si chiuderà e la corrente di carico I(V3) inizierà a fluire nel circuito D5, L2, L1, V3. Poiché le induttanze L1 e L2 accoppiate magneticamente sono collegate in serie, in questo caso la corrente di carico diminuirà di K = K_TP + 1 volta e l'induttanza aumenterà in K² tempo.

conclusione. A differenza della corrente, che diminuisce linearmente, l'induttanza aumenta quadraticamente.

Ciò significa che l'induttanza risultante dell'induttore sarà in grado di mantenere una corrente di carico continua per un tempo più lungo. Ciò è confermato dal grafico della corrente di carico I(V3) (Fig. 18.15). Da questo grafico si deduce che la corrente dell'arco è continua e nel caso peggiore (quando la sorgente produce una corrente di saldatura minima di 60 A) non scende sotto i 10 A.

Induttanza di arresto L₁ selezionabile utilizzando i dati presenti in tabella. 18.1. Nel nostro caso L₂ = 0,3 mH. A sua volta, l'induttanza L₂ inoltre non può avere valori arbitrari, ma è determinato dal coefficiente di trasformazione, che solitamente è espresso solo come numero intero.

Riso. 18.15. Utilizzo di un induttore a due avvolgimenti per mantenere la corrente continua durante le pause di tensione

Pertanto, per i coefficienti di trasformazione K_TP = 1; 2; 3; 4; 5... l'avvolgimento secondario dell'induttore avrà induttanza = 0,3; 1,2;

conclusione. Maggiore è il rapporto di trasformazione, maggiore è l'induttanza dell'avvolgimento L₂ e quanto più a lungo l'induttore può mantenere la corrente nella pausa di tensione.

Tuttavia all'aumentare del rapporto di trasformazione aumentano anche le dimensioni complessive dell'induttore. Pertanto è necessario selezionare nel simulatore il rapporto di trasformazione minimo possibile, garantendo che alla corrente di saldatura minima la corrente nella pausa di tensione non scenda al di sotto di 10 A.

In questo caso, questa condizione è soddisfatta per K_TP = 5. Dal corrispondente diagramma temporale della corrente di carico I(V3) è chiaro che il valore minimo della corrente di carico non scende al di sotto di 10 A e il valore di ampiezza raggiunge 132 A. Cioè, se il valore di ampiezza di la corrente raggiunge il valore specificato, quindi nell'induttanza Lx si accumula energia sufficiente a mantenere la corrente durante la pausa di tensione.

Se con un ulteriore aumento della corrente il nucleo dell'induttore dovesse saturarsi, ciò non ne peggiorerà il funzionamento durante la pausa, ma consentirà di ridurne l'ingombro. L'uso di un induttore saturabile stabilizzerà anche la corrente effettiva nel secondario (L₂) avvolgimento dell'induttore al livello I_L2 = 13 A.

Altrimenti questa corrente sarebbe proporzionale alla corrente di carico. Corrente primaria effettiva massima (L₁) dell'avvolgimento dell'induttore corrisponde alla corrente di saldatura massima I_L1 = I_{San massimo} = 180 A.

L'induttore è avvolto su un nucleo a nastro a forma di W in acciaio 3411 (E310). L'avvolgimento primario dell'induttore contiene 18 spire di una sbarra di rame isolata con una sezione trasversale di 36 mm2. L'avvolgimento secondario dell'induttore contiene 90 spire di filo di rame con isolamento smaltato con un diametro di 1,81 mm. Negli spazi del nucleo dell'acceleratore devono essere inseriti distanziatori non magnetici spessi 1 mm (spazio non magnetico totale 2 mm).

Pic. 18.16. Diagrammi di temporizzazione della corrente negli avvolgimenti di un'induttanza a due avvolgimenti

Riso. 18.17. Modello di sorgente progettato per catturare la traiettoria di inversione della magnetizzazione di un induttore non lineare

Approfittando del fatto che SwCad può modellare induttanze non lineari, creeremo un modello di una sorgente con un induttore non lineare (Fig. 18.17). Secondo i risultati del calcolo, la riga di impostazione dell'induttanza non lineare si presenta così:

Nodo di prova La rimozione del circuito di inversione della magnetizzazione si basa su due sorgenti di corrente: G1 e G2, controllate dalla tensione, che vengono utilizzate per misurare e normalizzare i parametri visualizzati.

Il coefficiente di trasferimento della sorgente di corrente controllata G1, che fornisce una tensione di uscita dell'integratore pari all'induzione, può essere calcolato utilizzando la formula:

Il valore calcolato del coefficiente di trasferimento deve essere annotato nella riga Valore del menu Impostazioni per la sorgente di corrente controllata G1.

Coefficiente di trasferimento della sorgente di corrente controllata G2, fornendo una corrente di uscita pari alla tensione nel nucleo di un trasformatore non lineare, può essere calcolata utilizzando la formula:

Il valore calcolato del coefficiente di trasmissione deve essere annotato nella riga Valore del menu impostazioni per la sorgente di corrente controllata G2.

Nelle impostazioni dell'asse orizzontale, nella riga Quantità tracciata, al posto del parametro tempo, inserire il parametro I(G2). Visualizziamo la tensione all'uscita dell'integratore verticalmente facendo clic sul terminale destro del condensatore C1 (Fig. 18.18).

Riso. 18.18. Traiettorie di inversione della magnetizzazione del nucleo dell'induttore per corrente di saldatura minima (a) e massima (b).

Nella fig. La Figura 18.18 mostra le traiettorie dell'inversione della magnetizzazione del nucleo dell'induttore non lineare. Alla corrente di saldatura minima (Fig. 18.18a), il nucleo dell'induttore è sull'orlo della saturazione. All'aumentare della corrente, il nucleo si satura (Fig. 18.18, b).

Autore: Koryakin-Chernyak S.L.

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