Условия работы вентилей в сварочных выпрямителях

Следует назвать два условия: первое связано с перегрузкой вентилей прямыми токами, второе связано с перенапряжениями возникающими в электрических цепях выпрямителей.

При возбуждении дуги контактными способами в выпрямительном блоке источника питания с внешними падающими характеристиками при сварке плавящимся электродом сварочный ток превосходит номинальный ток дуги в 1,5 – 2 раза.

Если источник питания имеет жесткую ВАХ, и сварка ведется не плавящимся электродом, то при работе дугового промежутка с использованием осциллятора возникает пик тока, который превосходит установившийся сварочный ток в 4-8 раз.

В связи с этим полупроводниковые вентили должны обладать высокой теплостойкостью и легко выдерживать перегрузки по току и напряжению. Этим требованиям отвечают селеновые и кремниевые вентили, которые рассчитаны на сотни ампер. Германиевые уступают им и реже применяются. Максимальные температуры, которые выдерживают вентили без пробоя, следующие: у германиевых до 80 ºС, у селена до 100 ºС, у кремниевых до 150 ºС.

Для защиты диодов и тиристоров от перегрева применяют воздушное принудительное или водяное охлаждение выпрямительных блоков. Однако если повышенный ток длительное время превышает установленный, то необходимо вентили включать параллельно, чтобы плотность тока для каждого вентиля была в пределах 60-80 А/см². А так как ВАХ отдельных вентилей одного типа имеет технологический разброс необходимо включать в цепь уравнительные резисторы R (рис. 42, а).

а	б

Рис. 42. Схема включения вентилей: а- при повышенном токе; б- при повышенном напряжении

Число параллельно включенных вентилей определяется отношением среднего значения выпрямленного тока в плече и допустимого номинального тока в вентиле

Для предотвращения пробоя выпрямленного тока вследствие повышенного напряжения вентили включают последовательно с делителями напряжения (рис. 42, б). Если в схеме выпрямителя на вентиль приходится более высокое напряжение, то вентиль надо включать последовательно без делителя напряжения.

Число последовательно включенных вентилей в плече определяется отношением напряжения холостого хода источника питания и допустимого значения обратного напряжения для вентиля.

Во всех сварочных выпрямителях для защиты вентилей от перегрузки при коротком замыкании вторичной цепи устанавливается магнитный усилитель (МУ) быстро отключающий установку от сети. Для защиты выпрямительного блока от коммутационных перенапряжений между выходными концами всех трех фаз включаются защитные цепочки, каждая из которых состоит из активного сопротивления R и конденсатора C (рис. 43).

Рис. 43. Электрическая схема защиты выпрямительного блока от коммутационных перенапряжений

Тиристоры

В выпрямительных блоках источников питания наряду с полупроводниковыми диодами (вентилями) широко применяются мощные управляемые кремниевые тиристоры.

Кремниевые тиристоры изготавливаются на основе четырехслойного кристалла кремния (рис. 44, а). Для того чтобы через тиристор в проводящий полупериод проходил прямой ток, необходимо на управляющий электрод подать положительный потенциал от постороннего источника питания.

а	б

Рис. 44. Тиристор: а- схема тиристора; б- кривые напряжения и тока

Включение тиристора происходит при определенном напряжении , которое называется напряжением переключения или напряжением отпирания тиристора (рис. 44, б). После того как тиристор открылся, происходит скачкообразный рост анодного тока до величины, определяемой характеристиками тиристора или схемой его включения. Изменяя величину , можно изменять напряжение отпирания тиристора, и изменить ток сварки от максимума до 0. Если =0, то ток течет в течении всего полупериода, поэтому среднее значение выпрямленного тока максимально. Когда напряжение отпирания равно максимальному напряжению источника питания ( ), ток течет четверть периода, и среднее значение тока минимально.