サイリスタレギュレータによる半自動溶接用ソースの溶接電流の調整。スキーム、説明

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電気溶接。サイリスタレギュレータによる半自動溶接電源の溶接電流の調整。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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電圧調整 溶接電圧と電流を段階的に調整する電源は、特別なジャンパまたはスイッチを使用して溶接トランスのタップを切り替えることによって実行されます。

実践が示すように、このアプローチでは通常、最適な溶接モードを選択することはできません。また、溶接回路、電源のパラメータを変更する場合、またはさまざまな保護ガス混合物を使用する場合に一定の結果が保証されません。

スイッチング段数の増加 これにより、ソースの動作特性を改善できますが、同時に、複雑で扱いにくいマルチポジションスイッチを使用する必要があり、ソースの巻線ユニットが非常に複雑になります。これによりコストが増加する一方で、信頼性が大幅に低下します。

古くから様々な形で使われてきました 溶接電圧と電流をスムーズに調整する方法可動巻線、磁気シャント、または磁気アンプを使用します。

しかし、そのような方法には根本的な利点はなく、 なぜなら、彼らは暗示しているからです:

より複雑で高価なトランス設計。
特別な調整電磁または機械ユニットの存在。

さらに、そのようなオプションは、外部特性が下降するソースに適していることが多く、外部特性が緩やかに下降するか、または激しく下降する必要がある場合には完全に適しているわけではありません。このような電源については、長い間、接触スイッチを備えた電源に代わる価値のあるものがありませんでした。

溶接電流の連続性の確保

現状を変え、接触スイッチを非接触スイッチに置き換えるチャンスは、溶接電源で使用するのに十分な電力を備えた最初のスイッチング半導体デバイスであるサイリスタの製造により 1955 年に到来しました。サイリスタの使用により、電圧と電流のスムーズな調整が可能になり、可動機械部品が不要になり、溶接電源の信頼性が向上しました。

溶接電圧と電流を滑らかに調整する溶接電流源を考えてみましょう。

重要な要素としてのサイリスタには XNUMX つの状態があります:

開いた;
閉まっている。

閉まっている サイリスタは電流を伝導しませんが、 開いた - 行動します。サイリスタは一方向にのみ電流を流すことができるため、しばしば次のように呼ばれます。 半導体制御バルブ (シリコン制御整流器、SCR)。

ダイオードとは異なり、サイリスタにはアノードとカソードに加えて、 制御電極：電流を流すとサイリスタをオープン状態にすることができます。残念ながら、サイリスタを閉状態に切り替えるには、制御電極から制御信号を除去するだけでは十分ではありません。これを行うには、サイリスタを流れる電流をゼロにする必要があります。このため、完全に制御された半導体デバイスではありません。

ただし、サイリスタが AC 回路で使用されている場合、この状況はあまり影響しません。この場合、ゼロ化と電流極性反転が期間内に XNUMX 回発生します。したがって、各 AC 半サイクルの終わりにサイリスタを自然にオフにすることができます。

サイリスタには中間の導通状態がないため、電流または電圧は、その開状態の時間を変更することによってのみ調整できます。_u（рис.18,13）。

サイリスタコントローラによる半自動溶接のソース内の溶接電流の調整

18.13. サイリスタによる電圧・電流調整の原理

このタイプの規制には、長所と短所の両方があります。に プラス これは、サイリスタの抵抗が閉状態では非常に高く、開状態では非常に低いという事実を指します。したがって、消費される電力はわずかであり、高効率のサイリスタ制御電源を構築することが可能になります。

К 短所サイリスタコントローラの動作の結果、正弦波の断片が「噛まれ」、休止時間 t が増加するという事実を指します。_n 出力電圧で。

全波制御整流器 (図 18.14) を使用すると、変圧器の使用効率が向上し、変圧器コアの片側バイアスが排除され、パルス間の休止時間 tn も短縮されます。

サイリスタコントローラによる半自動溶接のソース内の溶接電流の調整
米。 18.14。全波制御整流器による電圧および電流の調整

ただし、この場合でも、特に最小溶接電流の場合、出力電圧の一時停止が顕著になります。これらの一時停止中にアークを維持するには、制御されていない整流器を備えた溶接源よりも効率的なチョークを使用する必要があります。そしてここで、前に説明した相互に排他的な要件に直面します。

С 片側溶接電流の連続性を確保するには、インダクタのインダクタンスを大きくする必要があります。と 向こう側、必要な短絡電流の上昇率を得るために、インダクタのインダクタンスを特定の値以上に大きくすることはできず、最初の要件を満たさないことが保証されます。

前の章では、これらの要件を満たすために、追加のメイクアップ電流源を使用しました。この場合、制御された整流器の動作により電圧バランスが崩れるため、この解決策は適切ではありません。したがって、主電流と大きさが等しい電流がメイクアップ電源から取得されます。つまり、制御された整流器を使用して電流を減らそうとすると、不足した電流が補充源から溶接回路に流れ込むことになります。

この問題は、次を使用して解決できます。 二巻きチョーク L1、L2 (図18.15)。インダクタンス L1 と L2 は、 スロットル比

このスロットルの動作原理をさらに詳しく考えてみましょう。制御されたブリッジのサイリスタの 3 つが開いているとします。この場合、内部抵抗 3 オームの電圧源 V0,05 によってシミュレートされたアーク電流 I(V1) は、0,3 mH のわずかなインダクタンスを持つインダクタ巻線 L18.1 を流れます (表 XNUMX)。

電圧Ｖ３がＡＣ電圧源ＶＩの瞬時電圧を超えた瞬間に、それまで開いていたブリッジサイリスタが閉じ、負荷電流Ｉ（Ｖ３）が回路Ｄ５、Ｌ２、Ｌ１、Ｖ３に流れ始める。磁気結合インダクタ L3 と L3 は直列に接続されているため、この場合、負荷電流は K = K で減少します。_TR +1倍でインダクタンスはK増加します² 回

出力。直線的に減少する電流とは異なり、インダクタンスは二次関数的に増加します。

これは、結果として得られるインダクタのインダクタンスが、より長時間連続負荷電流を維持できることを意味します。これは、負荷電流グラフ I(V3) (図 18.15) によって確認されます。このグラフから、アーク電流は連続的であり、最悪の場合（電源が最小溶接電流 60 A を生成する場合）でも 10 A を下回らないことがわかります。

チョークインダクタンスL₁ 表内のデータを使用して選択できます。 18.1. 私たちの場合、L₂ = 0,3mH。次に、インダクタンス L₂ も任意の値を持つことはできませんが、変換比率によって決定され、通常は整数としてのみ表現されます。

サイリスタコントローラによる半自動溶接のソース内の溶接電流の調整
米。 18.15。 XNUMX 巻線チョークを使用して電圧一時停止中に連続電流を維持する

したがって、変換係数Kの場合_TR = 1; 2; 3; 4; 5... インダクタの二次巻線はインダクタンスを持ちます。 = 0,3; 1,2;

出力。変圧比が大きいほど巻線インダクタンスLは大きくなります₂ そして、インダクタが電圧一時停止中に電流を維持できる時間が長くなります。

ただし、変換比の増加に伴い、スロットル全体の寸法も増加します。したがって、シミュレータでは可能な最小の変圧比を選択する必要があります。これにより、最小溶接電流で電圧一時停止時の電流が 10 A を下回らないことが保証されます。

この場合、K に対してこの条件が満たされます。_TR \u5d 3.負荷電流I（V10）の対応する時間図から、負荷電流の最小値は132Aを下回らず、振幅はXNUMXAに達することがわかります。つまり、振幅が電流値が指定された値に達すると、電圧休止時に電流を維持するのに十分なエネルギーがインダクタンス Lx に蓄積されます。

電流がさらに増加してインダクタコアが飽和した場合、一時停止中の動作は悪化しませんが、全体の寸法は減少します。可飽和チョークを使用すると、二次側 (L) の動作電流も安定します。₂) レベル I のインダクタ巻線_L2 = 13A。

それ以外の場合、この電流は負荷電流に比例します。最大動作電流 XNUMX 次側 (L₁インダクタ巻線の ) は最大溶接電流 I に相当します。_L1 =私_最大SV = 180A。

チョークはスチール3411(E310)製のW型テープコアに巻かれています。インダクタの一次巻線には、断面積 18 mm36 の絶縁銅バスが 2 回巻かれています。インダクタの二次巻線には、直径 90 mm のエナメル絶縁された銅線が 1,81 回巻かれています。スロットルコアのギャップに厚さ1mmの非磁性スペーサーを挿入する必要があります(非磁性ギャップ合計2mm)。

サイリスタコントローラによる半自動溶接のソース内の溶接電流の調整

写真。 18.16。 XNUMX巻線チョークの巻線の電流のタイミング図

サイリスタコントローラによる半自動溶接のソース内の溶接電流の調整
米。 18.17。非線形チョークの再磁化の軌跡を記録するために設計されたソースモデル

SwCad が非線形インダクタンスをモデル化できるという事実を利用して、非線形チョークを備えたソースモデルを作成してみましょう (図 18.17)。計算結果によると、非線形インダクタンス設定ラインは次のようになります。

テストノード 再磁化ループの除去は、電圧によって制御される 1 つの電流源 G2 と GXNUMX に基づいて構築されており、表示されるパラメーターの測定と正規化に使用されます。

誘導に等しい積分器の出力電圧を提供する制御電流源 G1 の伝達係数は、次の式で計算できます。

計算された伝達係数の値は、制御電流源 G1 のセットアップメニューの Value 行に書き込む必要があります。

制御電流源G2の伝達係数、非線形変圧器のコアの強度に等しい出力電流を提供し、次の式で計算できます。

計算された伝達係数の値は、制御電流源 G2 の設定メニューの値行に書き留める必要があります。

横軸の設定の [数量プロット] 行に、時間パラメータの代わりに I(G2) パラメータを入力します。コンデンサ C1 の右側の端子をクリックすると、積分器の出力の電圧が縦方向に表示されます (図 18.18)。

サイリスタコントローラによる半自動溶接のソース内の溶接電流の調整
米。 18.18. 最小 (a) および最大 (b) 溶接電流のチョークコアの再磁化軌跡

図上。 18.18は、非線形インダクタのコアの磁化反転の軌跡を示しています。最小溶接電流 (図 18.18、a) では、インダクタコアは飽和寸前になります。電流が増加すると、コアは飽和します(図18.18、b)。

著者: Koryakin-Chernyak S.L.

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