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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
Elektroschweißen. Einstellung des Schweißstroms in der Quelle für halbautomatisches Schweißen mit einem Thyristorregler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schweißgeräte Spannungsregulierung Quellen mit schrittweiser Regelung der Schweißspannung und des Schweißstroms erfolgen durch Umschalten der Anzapfungen des Schweißtransformators mit speziellen Jumpern oder Schaltern. Wie die Praxis zeigt, ermöglicht dieser Ansatz in der Regel keine Auswahl des optimalen Schweißmodus und garantiert auch kein konstantes Ergebnis bei Änderungen der Parameter des Schweißkreises, des Stromversorgungsnetzes oder beim Arbeiten mit verschiedenen Schutzgasmischungen. Erhöhung der Anzahl der Schaltstufen ermöglicht eine Verbesserung der Betriebseigenschaften der Quelle, gleichzeitig ist jedoch der Einsatz komplexer und umständlicher Mehrstellungsschalter erforderlich und die Wicklungseinheiten der Quelle sind sehr kompliziert. Dies erhöht einerseits die Kosten und verringert andererseits die Zuverlässigkeit erheblich. Seit langem wurden und werden verschiedene verwendet Methoden zur stufenlosen Einstellung von Schweißspannung und -strommit beweglichen Wicklungen, magnetischen Nebenschlüssen oder magnetischen Verstärkern. Solche Methoden haben jedoch keine grundsätzlichen Vorteile, weil sie implizieren:
Darüber hinaus eignen sich solche Optionen häufiger für Quellen mit abfallender Außencharakteristik und sind nicht ganz geeignet, wenn die Außencharakteristik sanft abfallend oder hart sein soll. Für solche Quellen gab es lange Zeit keine sinnvolle Alternative zu Quellen mit Kontaktschaltern. Gewährleistung der Kontinuität des Schweißstroms Die Chance, den Status quo zu ändern und Kontaktschalter durch berührungslose zu ersetzen, ergab sich 1955, als der Thyristor hergestellt wurde, das erste schaltende Halbleiterbauelement mit ausreichend Leistung für den Einsatz in Schweißquellen. Der Einsatz von Thyristoren ermöglichte eine reibungslose Spannungs- und Stromregelung sowie den Verzicht auf bewegliche mechanische Teile, was die Zuverlässigkeit der Schweißquellen erhöhte. Betrachten wir eine Schweißstromquelle, die über eine stufenlose Regelung von Schweißspannung und -strom verfügt. Thyristor als Schlüsselelement hat zwei Zustände:
Abgeschlossen Thyristor leitet keinen Strom, sondern in öffnen - dirigiert. Da ein Thyristor Strom nur in eine Richtung leiten kann, wird er oft als „Thyristor“ bezeichnet Halbleitergesteuertes Ventil (Siliziumgesteuerter Gleichrichter, SCR). Anders als eine Diode hat ein Thyristor neben Anode und Kathode noch eine weitere Steuerelektrode: Indem Sie Strom durch ihn leiten, können Sie den Thyristor in einen offenen Zustand versetzen. Damit der Thyristor in den geschlossenen Zustand übergeht, reicht es leider nicht aus, das Steuersignal von der Steuerelektrode zu entfernen. Dazu ist es notwendig, den durch den Thyristor fließenden Strom auf Null zu reduzieren. Dies macht es zu keinem vollständig steuerbaren Halbleiterbauelement. Dieser Umstand stört jedoch kaum, wenn der Thyristor in Wechselstromkreisen eingesetzt wird. In diesem Fall wird die aktuelle Polarität während der Periode zweimal zurückgesetzt und umgekehrt. Daher kann der Thyristor am Ende jeder Halbwelle des Wechselstroms auf natürliche Weise ausgeschaltet werden. Da der Thyristor keine Zwischenzustände der Leitfähigkeit hat, kann der Strom oder die Spannung nur durch Ändern der Zeit seines offenen Zustands t angepasst werdenu (Abb. 18,13).
18.13. Das Prinzip der Spannungs- und Stromregelung mit einem Thyristor Diese Art der Regulierung hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Zu Pluspunkte Dies bedeutet, dass der Thyristor im geschlossenen Zustand einen sehr hohen Widerstand und im geöffneten Zustand einen sehr niedrigen Widerstand aufweist. Dadurch wird wenig Leistung verbraucht, was den Bau hocheffizienter thyristorgesteuerter Quellen ermöglicht. К Nachteile bezieht sich auf die Tatsache, dass die Folge des Betriebs des Thyristorreglers das „Ausbeißen“ von Sinusfragmenten und eine Verlängerung der Pausendauer t istn in der Ausgangsspannung. Der Einsatz eines vollweggesteuerten Gleichrichters (Abb. 18.14) sorgt für eine effizientere Nutzung des Transformators, eliminiert eine einseitige Magnetisierung des Transformatorkerns und verkürzt zudem die Dauer der Pausen tn zwischen den Impulsen.
Allerdings sind auch in diesem Fall, insbesondere beim minimalen Schweißstrom, Pausen in der Ausgangsspannung von Bedeutung. Um den Lichtbogen während dieser Pausen aufrechtzuerhalten, muss eine leistungsfähigere Drossel als bei einer Schweißquelle mit ungeregeltem Gleichrichter verwendet werden. Und hier stehen wir vor den oben erwähnten, sich gegenseitig ausschließenden Anforderungen. С eine SeiteUm die Kontinuität des Schweißstroms sicherzustellen, muss die Induktivität des Induktors erhöht werden. MIT Andere SeiteUm die erforderliche Anstiegsgeschwindigkeit des Kurzschlussstroms zu erreichen, darf die Induktivität der Drossel nicht über einen bestimmten Wert hinaus erhöht werden, der die erste Anforderung garantiert nicht erfüllt. Im vorherigen Kapitel haben wir eine zusätzliche Boost-Stromquelle verwendet, um diese Anforderungen zu erfüllen. In diesem Fall ist diese Lösung nicht geeignet, da durch den Betrieb des gesteuerten Gleichrichters das Spannungsgleichgewicht gestört wird. Daher wird der Nachspeisequelle ein Strom entnommen, dessen Stärke mit dem Hauptstrom vergleichbar ist. Das heißt, wenn versucht wird, den Strom mithilfe eines gesteuerten Gleichrichters zu reduzieren, fließt der fehlende Strom von der Speisequelle in den Schweißkreis. Dieses Problem kann mit gelöst werden Drossel mit zwei Wicklungen L1, L2 (Abb. 18.15). Die Induktivitäten L1 und L2 sind miteinander verbunden Übersetzungsverhältnis der Drosselklappe
Schauen wir uns das Funktionsprinzip dieser Drossel genauer an. Nehmen wir an, einer der Thyristoren der gesteuerten Brücke ist offen. Dabei fließt der Lichtbogenstrom I(V3), der durch eine Spannungsquelle V3 mit einem Innenwiderstand von 0,05 Ohm simuliert wird, durch die Drosselwicklung L1, die eine unbedeutende Induktivität von 0,3 mH aufweist (Tabelle 18.1). In dem Moment, in dem die Spannung V3 die Momentanspannung der Wechselspannungsquelle VI überschreitet, schließt der zuvor offene Brückenthyristor und der Laststrom I(V3) beginnt im Stromkreis D5, L2, L1, V3 zu fließen. Da die magnetisch gekoppelten Induktivitäten L1 und L2 in Reihe geschaltet sind, verringert sich in diesem Fall der Laststrom um K = KTR + 1 Mal, und die Induktivität erhöht sich in K2 Zeiten. Abschluss. Im Gegensatz zum Strom, der linear abnimmt, steigt die Induktivität quadratisch. Dies bedeutet, dass die resultierende Induktivität des Induktors einen kontinuierlichen Laststrom über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten kann. Dies wird durch das Laststromdiagramm I(V3) bestätigt (Abb. 18.15). Aus diesem Diagramm folgt, dass der Lichtbogenstrom kontinuierlich ist und im schlimmsten Fall (wenn die Quelle einen minimalen Schweißstrom von 60 A erzeugt) nicht unter 10 A fällt. Drosselinduktivität L1 können anhand der Daten in der Tabelle ausgewählt werden. 18.1. In unserem Fall L2 = 0,3 mH. Im Gegenzug ist die Induktivität L2 kann ebenfalls keine beliebigen Werte annehmen, sondern wird durch den Transformationskoeffizienten bestimmt, der normalerweise nur als ganze Zahl ausgedrückt wird.
Für die Transformationskoeffizienten KTR = 1; 2; 3; 4; 5... die Sekundärwicklung des Induktors hat eine Induktivität Abschluss. Je höher das Übersetzungsverhältnis, desto höher ist die Induktivität der Wicklung L2 und desto länger kann die Induktivität den Strom in der Spannungspause aufrechterhalten. Mit zunehmendem Übersetzungsverhältnis nehmen jedoch auch die Gesamtabmessungen des Induktors zu. Daher ist es im Simulator erforderlich, ein möglichst geringes Übersetzungsverhältnis zu wählen, um sicherzustellen, dass bei minimalem Schweißstrom der Strom in der Spannungspause nicht unter 10 A sinkt. In diesem Fall ist diese Bedingung für K erfülltTR = 5. Aus dem entsprechenden Zeitdiagramm des Laststroms I(V3) ist ersichtlich, dass der Minimalwert des Laststroms 10 A nicht unterschreitet und der Amplitudenwert 132 A erreicht. Das heißt, wenn der Amplitudenwert von Erreicht der Strom den vorgegebenen Wert, so sammelt sich in der Induktivität Lx Energie an, die ausreicht, um den Strom in der Spannungspause aufrechtzuerhalten. Kommt es bei einem weiteren Stromanstieg zu einer Sättigung des Induktorkerns, verschlechtert dies seinen Betrieb im Pausenbetrieb nicht, ermöglicht aber eine Reduzierung der Gesamtabmessungen. Die Verwendung einer sättigbaren Induktivität stabilisiert auch den effektiven Strom in der Sekundärwicklung (L2) Induktorwicklung auf Ebene IL2 = 13A. Andernfalls wäre dieser Strom proportional zum Laststrom. Maximaler effektiver Primärstrom (L1) der Induktorwicklung entspricht dem maximalen Schweißstrom IL1 = IchSt max = 180A. Der Induktor ist auf einen W-förmigen Bandkern aus Stahl 3411 (E310) gewickelt. Die Primärwicklung des Induktors enthält 18 Windungen einer isolierten Kupferschiene mit einem Querschnitt von 36 mm2. Die Sekundärwicklung des Induktors enthält 90 Windungen Kupferdraht in Emaille-Isolierung mit einem Durchmesser von 1,81 mm. In die Lücken des Drosselklappenkerns müssen nichtmagnetische Abstandshalter mit einer Dicke von 1 mm eingesetzt werden (gesamter nichtmagnetischer Spalt 2 mm).
Bild. 18.16. Zeitdiagramme des Stroms in den Wicklungen einer Zweiwicklungsdrossel
Wir machen uns die Tatsache zunutze, dass SwCad nichtlineare Induktivitäten modellieren kann, und erstellen ein Modell einer Quelle mit einem nichtlinearen Induktor (Abb. 18.17). Den Berechnungsergebnissen zufolge sieht die nichtlineare Induktivitäts-Einstelllinie wie folgt aus:
Knoten testen Das Entfernen der Magnetisierungsumkehrschleife basiert auf zwei spannungsgesteuerten Stromquellen - G1 und G2, die zur Messung und Normalisierung der angezeigten Parameter verwendet werden. Der Übertragungskoeffizient der gesteuerten Stromquelle G1, die eine der Induktion entsprechende Integratorausgangsspannung liefert, kann nach folgender Formel berechnet werden:
Der berechnete Wert des Übertragungskoeffizienten muss in der Zeile „Wert“ des Einstellungsmenüs für die gesteuerte Stromquelle G1 eingetragen werden. Übertragungskoeffizient der gesteuerten Stromquelle G2, der einen Ausgangsstrom liefert, der der Spannung im Kern eines nichtlinearen Transformators entspricht, kann mit der Formel berechnet werden:
Der berechnete Wert des Transmissionskoeffizienten muss in der Zeile „Wert“ des Einstellungsmenüs für die gesteuerte Stromquelle G2 eingetragen werden. Geben Sie in den Einstellungen für die horizontale Achse in der Zeile „Quantity Plotted“ anstelle des Zeitparameters den Parameter I(G2) ein. Wir zeigen die Spannung am Integratorausgang vertikal an, indem wir auf den rechten Anschluss des Kondensators C1 klicken (Abb. 18.18).
In Abb. Abbildung 18.18 zeigt die Trajektorien der Magnetisierungsumkehr des nichtlinearen Induktorkerns. Bei minimalem Schweißstrom (Abb. 18.18a) steht der Induktorkern kurz vor der Sättigung. Mit steigendem Strom kommt es zur Sättigung des Kerns (Abb. 18.18, b). Autor: Koryakin-Chernyak S.L.
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Kommentare zum Artikel: Sieger Interessant für Konstrukteure von Schweißgeräten. Ich hätte gerne das Endergebnis. Die fertige Schaltung eignet sich zur hochwertigen Einstellung der Spannung eines Schweißhalbautomaten. Bewährt, nicht vom Bulldozer.
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