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Soudure électrique. Réglage du courant de soudage dans la source pour le soudage semi-automatique avec un régulateur à thyristor. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Régulation de tension les sources avec réglage progressif de la tension et du courant de soudage sont effectuées en commutant les prises du transformateur de soudage à l'aide de cavaliers ou d'interrupteurs spéciaux.

Comme le montre la pratique, cette approche ne permet généralement pas de choisir le mode de soudage optimal et ne garantit pas non plus un résultat constant lors de la modification des paramètres du circuit de soudage, du réseau d'alimentation électrique ou lorsque vous travaillez avec divers mélanges de gaz protecteurs.

Augmentation du nombre d'étapes de commutation permet d'améliorer les propriétés opérationnelles de la source, mais en même temps il est nécessaire d'utiliser des interrupteurs multipositions complexes et encombrants, et les unités d'enroulement de la source sont très compliquées. Ceci, d’une part, augmente son coût et, d’autre part, réduit considérablement sa fiabilité.

Pendant longtemps, il y a eu et sont utilisés divers méthodes pour ajuster en douceur la tension et le courant de soudageen utilisant des enroulements mobiles, des shunts magnétiques ou des amplificateurs magnétiques.

Mais ces méthodes ne présentent pas d’avantages fondamentaux, parce qu'ils impliquent:

• conception de transformateur plus complexe et coûteuse ;
• la présence d'unités électromagnétiques ou mécaniques de réglage spéciales.

De plus, de telles options conviennent plus souvent aux sources avec une caractéristique externe descendante et ne conviennent pas tout à fait si la caractéristique externe doit être légèrement descendante ou rigide. Pour de telles sources, il n'y avait pendant longtemps aucune alternative valable aux sources avec interrupteurs à contact.

Assurer la continuité du courant de soudage

L'opportunité de changer le statu quo et de remplacer les interrupteurs à contact par des interrupteurs sans contact s'est présentée en 1955, lorsque le thyristor a été fabriqué, le premier dispositif semi-conducteur de commutation doté d'une puissance suffisante pour être utilisé dans les sources de soudage. L'utilisation de thyristors a permis d'obtenir une régulation en douceur de la tension et du courant, ainsi que d'éliminer les pièces mécaniques en mouvement, ce qui a augmenté la fiabilité des sources de soudage.

Considérons une source d'alimentation de soudage dotée d'un réglage en douceur de la tension et du courant de soudage.

Le thyristor en tant qu'élément clé a deux états:

• ouvert;
• fermé.

Fermé thyristor ne conduit pas le courant, mais dans ouvert - conduit. Puisqu’un thyristor est capable de conduire le courant dans une seule direction, on l’appelle souvent vanne commandée par semi-conducteur (Redresseur contrôlé au silicium, SCR).

Contrairement à une diode, un thyristor, en plus de l'anode et de la cathode, possède une électrode de commande: En y faisant passer du courant, vous pouvez mettre le thyristor dans un état ouvert. Malheureusement, pour que le thyristor passe à l'état fermé, il ne suffit pas de supprimer le signal de commande de l'électrode de commande. Pour ce faire, il est nécessaire de réduire à zéro le courant circulant dans le thyristor. Cela n’en fait pas un dispositif semi-conducteur entièrement contrôlable.

Cependant, cette circonstance ne gêne pas beaucoup si le thyristor est utilisé dans des circuits à courant alternatif. Dans ce cas, la polarité actuelle est réinitialisée et inversée deux fois au cours de la période. Le thyristor peut donc être naturellement bloqué à la fin de chaque demi-cycle du courant alternatif.

Étant donné que le thyristor n'a pas d'états de conductivité intermédiaires, le courant ou la tension ne peut être ajusté qu'en modifiant le temps de son état ouvert t_u (Fig. 18,13).

18.13. Le principe de la régulation de la tension et du courant à l'aide d'un thyristor

Ce type de réglementation présente à la fois des avantages et des inconvénients. À avantages Cela signifie que le thyristor a une très haute résistance à l'état fermé et une très faible résistance à l'état ouvert. Par conséquent, peu de puissance y est dissipée, ce qui permet de construire des sources contrôlées par thyristors très efficaces.

К les inconvénients fait référence au fait que la conséquence du fonctionnement du régulateur à thyristor est la « morsure » de fragments sinusoïdaux et une augmentation de la durée des pauses t_n dans la tension de sortie.

L'utilisation d'un redresseur commandé pleine onde (Fig. 18.14) garantit une utilisation plus efficace du transformateur, élimine la magnétisation unilatérale du noyau du transformateur et réduit également la durée des pauses tn entre les impulsions.

Riz. 18.14. Régulation de tension et de courant à l'aide d'un redresseur contrôlé à double alternance

Cependant, même dans ce cas, notamment pour le courant de soudage minimum, les pauses dans la tension de sortie sont significatives. Pour maintenir l'arc pendant ces pauses, il est nécessaire d'utiliser une self plus efficace que dans une source de soudage à redresseur non contrôlé. Et nous sommes ici confrontés aux exigences mutuellement exclusives mentionnées plus haut.

С un côtéPour assurer la continuité du courant de soudage, il est nécessaire d'augmenter l'inductance de l'inducteur. AVEC autre côtéAfin d'obtenir le taux d'augmentation requis du courant de court-circuit, l'inductance de l'inducteur ne peut pas être augmentée au-dessus d'une certaine valeur, ce qui garantit de ne pas répondre à la première exigence.

Dans le chapitre précédent, nous avons utilisé une source de courant boost supplémentaire pour répondre à ces exigences. Dans ce cas, cette solution ne convient pas, car du fait du fonctionnement du redresseur commandé, l'équilibre de tension sera perturbé. Par conséquent, un courant comparable en amplitude au courant principal sera prélevé de la source d'appoint. Autrement dit, lorsque vous essayez de réduire le courant à l'aide d'un redresseur contrôlé, le courant manquant circulera dans le circuit de soudage à partir de la source d'alimentation.

Ce problème peut être résolu en utilisant starter à deux enroulements L1, L2 (Fig. 18.15). Les inductances L1 et L2 sont reliées entre elles par rapport de transformation du papillon

Regardons de plus près le principe de fonctionnement de cet accélérateur. Disons qu'un des thyristors du pont commandé est ouvert. Dans ce cas, le courant d'arc I(V3), qui est simulé par une source de tension V3 avec une résistance interne de 0,05 Ohm, traverse l'enroulement inducteur L1, qui a une inductance insignifiante de 0,3 mH (Tableau 18.1).

Au moment où la tension V3 dépasse la tension instantanée de la source de tension alternative VI, le thyristor en pont précédemment ouvert se fermera et le courant de charge I(V3) commencera à circuler dans le circuit D5, L2, L1, V3. Étant donné que les inductances à couplage magnétique L1 et L2 sont connectées en série, dans ce cas, le courant de charge diminuera de K = K_TR + 1 fois, et l'inductance augmentera en K² fois

conclusion. Contrairement au courant, qui diminue linéairement, l’inductance augmente quadratiquement.

Cela signifie que l'inductance résultante de l'inducteur sera capable de maintenir un courant de charge continu pendant une période plus longue. Ceci est confirmé par le graphique du courant de charge I(V3) (Fig. 18.15). De ce graphique, il résulte que le courant d'arc est continu et dans le pire des cas (lorsque la source produit un courant de soudage minimum de 60 A) ne descend pas en dessous de 10 A.

Inductance d'arrêt L₁ peuvent être sélectionnés à l’aide des données du tableau. 18.1. Dans notre cas L₂ = 0,3 mH. À son tour, l'inductance L₂ ne peut pas non plus avoir de valeurs arbitraires, mais est déterminé par le coefficient de transformation, qui est généralement exprimé uniquement sous forme d'entier.

Riz. 18.15hXNUMX. Utilisation d'un inducteur à deux enroulements pour maintenir un courant continu pendant les pauses de tension

Par conséquent, pour les coefficients de transformation K_TR = 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5... l'enroulement secondaire de l'inducteur aura une inductance = 0,3 ; 1,2 ;

conclusion. Plus le rapport de transformation est élevé, plus l'inductance de l'enroulement L est élevée₂ et plus l'inducteur peut maintenir le courant pendant la pause de tension.

Cependant, à mesure que le rapport de transformation augmente, les dimensions globales de l'inducteur augmentent également. Par conséquent, il est nécessaire dans le simulateur de sélectionner le rapport de transformation minimum possible, garantissant qu'à un courant de soudage minimum, le courant dans la pause de tension ne descende pas en dessous de 10 A.

Dans ce cas, cette condition est satisfaite pour K_TR = 5. D'après le chronogramme correspondant du courant de charge I(V3), il est clair que la valeur minimale du courant de charge ne tombe pas en dessous de 10 A et que la valeur d'amplitude atteint 132 A. C'est-à-dire que si la valeur d'amplitude de le courant atteint la valeur spécifiée, puis l'énergie s'accumule dans l'inductance Lx , suffisante pour maintenir le courant pendant la pause de tension.

Si, avec une nouvelle augmentation du courant, le noyau de l'inducteur devient saturé, cela ne détériorera pas son fonctionnement pendant la pause, mais permettra de réduire l'encombrement. L'utilisation d'une inductance saturable stabilisera également le courant efficace dans le secondaire (L₂) enroulement d'inductance au niveau I_L2 = 13 A

Sinon, ce courant serait proportionnel au courant de charge. Courant primaire effectif maximum (L₁) de l'enroulement inducteur correspond au courant de soudage maximum I_L1 = Je_{St max} = 180 A

L'inducteur est enroulé sur un noyau en bande en forme de W en acier 3411 (E310). L'enroulement primaire de l'inducteur contient 18 tours d'un jeu de barres en cuivre isolé d'une section de 36 mm2. L'enroulement secondaire de l'inducteur contient 90 tours de fil de cuivre en isolation émaillée d'un diamètre de 1,81 mm. Des entretoises non magnétiques de 1 mm d'épaisseur doivent être insérées dans les interstices du noyau de papillon (écart non magnétique total de 2 mm).

Photo. 18.16. Chronogrammes du courant dans les enroulements d'une self à deux enroulements

Riz. 18.17. Modèle de source conçu pour capturer la trajectoire d'inversion de magnétisation d'un inducteur non linéaire

Profitant du fait que SwCad peut modéliser des inductances non linéaires, nous allons créer un modèle de source avec un inducteur non linéaire (Fig. 18.17). D'après les résultats du calcul, la ligne de réglage de l'inductance non linéaire ressemble à ceci :

Nœud de test La suppression de la boucle d'inversion de magnétisation repose sur deux sources de courant - G1 et G2, contrôlées par la tension, qui sont utilisées pour mesurer et normaliser les paramètres affichés.

Le coefficient de transfert de la source de courant contrôlée G1, qui fournit une tension de sortie de l'intégrateur égale à l'induction, peut être calculé à l'aide de la formule :

La valeur calculée du coefficient de transfert doit être notée dans la ligne Valeur du menu de paramétrage de la source de courant contrôlée G1.

Coefficient de transfert de la source de courant contrôlée G2, fournissant un courant de sortie égal à la tension dans le noyau d'un transformateur non linéaire, peut être calculé à l'aide de la formule :

La valeur calculée du coefficient de transmission doit être notée dans la ligne Valeur du menu de paramétrage de la source de courant contrôlée G2.

Dans les paramètres de l'axe horizontal, dans la ligne Quantité tracée, au lieu du paramètre temps, saisissez le paramètre I(G2). On affiche la tension à la sortie de l'intégrateur verticalement en cliquant sur la borne droite du condensateur C1 (Fig. 18.18).

Riz. 18.18. Trajectoires d'inversion de magnétisation du noyau inducteur pour un courant de soudage minimum (a) et maximum (b)

En figue. La figure 18.18 montre les trajectoires d'inversion de magnétisation du noyau de l'inducteur non linéaire. Au courant de soudage minimum (Fig. 18.18a), le noyau de l'inducteur est au bord de la saturation. À mesure que le courant augmente, le noyau devient saturé (Fig. 18.18, b).

Auteur : Koryakin-Chernyak S.L.

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