Селеновый выпрямитель для сварки

Обновлено: 30.06.2024

Селеновые выпрямители состоят из алюминиевых или железных никелированных пластин толщиной 0,8—1‚5 мм, покрытых с одной стороны слоем селена, который наносится путем наплавления при температуре 250°С с последующим опрессовыванием для получения ровного слоя толщиной около 0,1 мм. Для снижения сопротивления запирающего слоя шайбы нагревают до 215°С и затем выдерживают в парах серы при температуре 150°С. После этого наносят слой катодного сплава, состоящего из:

Запорный слой селенового выпрямителя создается не при изготовлении, а в результате специальной электрической формовки под напряжением. В процессе формовки к пластине селенового выпрямителя подводят постоянное напряжение и постепенно повышают его так, чтобы обратный ток достиг 10 ма/кв.см.

Селеновый выпрямитель, бывший длительное время без употребления, необходимо формовать перед эксплуатацией, так как после длительного бездействия он теряет выпрямляющие свойства.

Пробой селеновой выпрямительной пластины происходит при 50—80 в и сопровождается расплавлением катодного сплава с образованием стекловидного селена. В месте пробоя стекловидный селен является электроизолирующим материалом. Поэтому после пробоя селеновый выпрямитель может работать, если пробой не привел к короткому замыканию.

Характеристика селенового выпрямителя

Коэффициент полезного действия селеновых выпрямителей достигает 85%, падение напряжения на одной пластине в прямом направлении О,9——1,5 в, в обратном направлении— 15—30 8. Емкость одной пластины достигает 0,01—0,03 мкф/кв.см2 допустимая плотность прямого тока— 50 ма/смг, амплитуда испытательного напряжения на прочность — 50 в.

Из селеновых пластин собирают столбики на различное напряжение и силу тока. В столбике пластины включены параллельно, последовательно или параллельно—последовательно в плечи, а плечи соединены обычно в мостиковые или двухполупериодные выпрямительные схемы.

Трехфазная схема выпрямителя

Большинство промышленных источников питания для электродвигателей и сварочных применений используют трехфазное напряжение AC. Это означает, что устройство для этих цепей должен использовать трехфазный мост, который имеет шесть диодов для обеспечения полноволнового выпрямления (два диода для каждой линии трёх фаз). На этом рисунке показана электрическая трехфазная мостовая схема выпрямления.

На диаграмме вторичная обмотка трехфазного трансформатора на диоде устройства. 1D, 3D и 5D соединены вместе, чтобы обеспечить общую точку для отрицательного вывода DC выходной мощности. 2D, 4D и 6D соединены, чтобы обеспечить общую точку для постоянного положительного вывода выходной мощности.

Электронная схема трехфазного мостового выпрямителя, где он соединён со вторичной обмоткой трехфазного трансформатора. Трехфазные входные синусоидальные волны (б). Шесть полуволн для выхода DC. Хорошим правилом для определения соединений на диодных устройствах является то, что входное напряжение (U) переменного тока будет подключено к мосту, где соединяются анод и катод любых двух диодов.

Так как это происходит в двух точках моста, входное U не имеет определённую полярность. Положительный вывод для источника питания будет подключён к мосту, где два катода диодов соединены, а отрицательный вывод будет соединён с мостом и соединяются два анода диодов.

Поскольку шесть полуволн перекрываются, напряжение DC не имеет шансов добраться до нулевой точки напряжения, таким образом, среднее выходное напряжение DC очень велико.

Трехфазный полноволновый мостовой выпрямитель используется там, где требуемое количество мощности DC велико, а эффективность трансформатора должна быть высокой. Поскольку выходные сигналы полуволн перекрываются, они обеспечивают низкий процент пульсаций.

В этой схеме выходная пульсация в шесть раз превышает входную частоту. Поскольку процент пульсаций низкий, выходное U (DC) можно использовать без большой фильтрации. Этот тип устройства совместим с трансформаторами, которые соединены звездой или треугольником.

Мостовой тип устройства

Трехфазная мостовая схема выпрямления использует шесть диодов (или тиристоров, если требуется управление). Выходное напряжение характеризуется тремя значениями: минимальным U, средним U и пиковым напряжением.

Полноволновой трехфазный выпрямитель похож на мост Гейца.

Схема полноволнового трехфазного устройства. Обычный трехфазный выпрямитель не использует нейтраль. Для сети 230 В / 400 В между двумя входами выпрямителя. Действительно, между 2 входами всегда есть составное напряжение U (= 400 В).

Неконтролируемое устройство означает, что нельзя отрегулировать среднее выходное U для этого входного U. Неконтролируемое выпрямление использует диоды.

Управляемый выпрямитель позволяет регулировать среднее выходное напряжение, воздействуя на задержки срабатывания тиристора (используется вместо диодов). Эта команда требует сложной электронной схемы. Диод ведёт себя как тиристор, загружаемый без задержки. Выпрямленное напряжение имеет такой вид.

Выходное U трехфазного выходного напряжения. Всего 7 кривых: 6 синусоид и красная кривая, соединяющая верхнюю часть синусоид («синусоидальные шапки»). 6 синусоидов представляют собой 3 напряжения, составляющие U между фазами и 3 одинаковыми напряжениями, но с противоположным знаком:

U31 = -U13U23 = -U32U21 = -U12

Красная кривая представляет U на выходе выпрямителя, то есть на клеммах резистивной нагрузки. Это U не относится к нейтрали. Она плавает. Это U колеблется между 1,5 В max и 1,732 Вmax (корень из 3).

Umax — пиковое значение одного напряжения и составляет 230×1,414 = 325 В.

Свойства трехфазного напряжения

Кривая, действующая только на резистивной нагрузке, неконтролируемое выпрямление (с диодами), не возвращается на ноль, в отличие от моночастотного устройства (мост Грейца). Таким образом, пульсация значительно ниже и размеры индуктора и / или сглаживающего конденсатора менее ограничительны, чем для моста Гейца.

Сварочные выпрямители. Принцип действия, устройство, технические характеристики

Источники питания постоянного тока подразделяются на две основные группы: сварочные преобразователи вращающегося типа (сварочные генераторы) и сварочные выпрямители установки (сварочные выпрямители). Сварочные выпрямители — это устройства, преобразующие с помощью полупроводниковых элементов — вентилей — переменный ток В постоянный и предназначенные для питания сварочной дуги. Их действие основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении; в обратном направлении они (полупроводники) практически электрический ток не пропускают. Наибольшее применение в сварочных выпрямителях получили селеновые и кремниевые полупроводники. Селеновые полупроводники получили большое распространение потому, что они дешевые и обладают большой перегрузочной способностью (их к. п. д. около 75 %). Сварочные выпрямители обладают некоторыми преимуществами перед преобразователями с вращающимися роторами (табл.), так как они имеют лучшие энергетические и весовые показатели, более высокий к. п. д. и просты в обслуживании. Кроме того, они имеют меньшие потери при холостом ходе и лучшие сварочные качества (как результат более широких пределов регулирования), отсутствует шум при работе. Дефицитные медные обмотки заменены в них на алюминиевые. Сварочные выпрямители собирают по двум наиболее распространенным схемам: однофазной мостовой двухполупериодного выпрямления и трехфазной мостовой.

Рис. 1. Принципиальные типовые схемы выпрямителей: а — однофазная мостовая, б — трехфазная мостовая

Наиболее распространена трехфазная мостовая схема выпрямления, которая обеспечивает большую устойчивость горения сварочной дуги при меньшем количестве вентилей при одинаково заданных значениях выпрямленного напряжения и тока, более равномерную загрузку всех трех фаз силовой сети и лучшее использование трансформатора сварочного выпрямителя. При работе выпрямителя по этой схеме в каждый данный момент времени ток проводят только два элемента, соединенные последовательно с нагрузкой. Таким образом, в течение одного периода получается шесть пульсаций тока. Сварочные выпрямители, в зависимости от внешних характеристик, можно разделить на три типа:

с крутопадающими характеристиками
с жесткими (или пологопадающими) характеристиками
универсальные, обеспечивающие получение падающих, жестких и пологопадающих характеристик.

Сварочный выпрямитель типа ВД 301 представляет собой однопостовую сварочную установку, состоящую из понижающего трансформатора, блока селеновых шайб, пускорегулирующей аппаратуры, смонтированной в общем кожухе, и вентилятора для охлаждения трансформатора. Трехфазный понижающий трансформатор выполнен с увеличенным магнитным рассеянием, что обеспечивает создание семейства падающих внешних характеристик. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками понижающего трехфазного трансформатора.

Селеновый выпрямитель

В блоке регулятора напряжения установлены два селеновых выпрямителя ВС-45-60. На принципиальной электрической схеме (рис. 98) селеновые выпрямители обозначены ВС₁ и ВС₂.

Выпрямитель ВС₁ защищает обмотку возбуждения от перенапряжений и угольный столб УРН от подгораний, возникающих при разрыве цепи возбуждения возбудителя и при переходных процессах, т. е. при включении и выключении нагрузки и коротких замыканиях в линии. Выпрямитель ВС₁ включается параллельно обмотке возбуждения возбудителя на зажимы Ш₁ и Ш₂.

Выпрямитель ВС₂ преобразует (выпрямляет) переменный ток в постоянный. Он питает постоянным током катушку электромагнита угольного регулятора напряжения УРН. Выпрямитель ВС₂ своими выводами переменного тока включается во вторичную цепь трансформатора регулятора напряжения ТРН, а выводами постоянного тока — в цепь катушки электромагнита угольного регулятора напряжения. Оба выпрямителя BC₁ и ВС₂ конструктивно оформлены в единый блок 2 (рис. 90), установленный в БРН в нижней части на каркасе.

Блок селеновых выпрямителей (рис. 94) состоит из двух планок 5 и 7. и двух селеновых столбов 1 я 6, которые насажены на шпильки 4 и стягиваются гайками. К планкам заклепками прикреплены угольники 3 и 9, имеющие отверстия для крепления блока выпрямителей к каркасу БРН. Селеновый элемент (рис. 95) состоит из стальной никелированной шайбы 1 диаметром 45 мм, на которую нанесен слой селена 2. На селен нанесен распылением слой легкоплавкого металла 3. Для контакта с этим слоем служит пружинная шайба 4. Рабочие шайбы 1 изолированы от шпильки 8 втулкой 9. Шайбы 5 служат для отделения одного элемента от другого, а выводы 6 — для включения селенового элемента.

Рис. 94. Общий вид блока селеновых выпрямителей:

1 — столб селеновый выпрямителя ВС₂; 2 — вывод контактный; 3 и 6 — угольники; 4 — шпильки; 5 и 7 — планки; 6 — столб селеновый выпрямителя ВС₂; 8 — провода.

Рис. 95. Устройство селенового элемента:

1 — шайба стальная никелированная;

2 — слой селеновый; 3 — слой легкоплавкого металла; 4 — шайба пружинная;

5 — шайбы изоляционные; 6 — выводы контактные; 7 — втулки металлические;

8 — шпилька; 9 — втулка.

Селеновые элементы очень чувствительны к влаге. При попадании воды на селеновый слой происходят электролиз и разрушение слоя, поэтому столбы селеновых элементов окрашиваются влагонепроницаемой краской.

Рис. 96. Принципиальная схема включения выпрямителей BC₁ и ВС₂

Выпрямительное действие селенового элемента заключается в том, что, он пропускает ток в одном направлении от селенового слоя 2 к слою легкоплавкого металла 3 и не пропускает ток обратного направления.

Выпрямитель ВСХ (рис. 96) имеет две параллельные ветви по восьми элементов в каждой. Он включен так, что при нормальной работе обмотки возбуждения возбудителя ток по нему не проходит ввиду большого сопротивления выпрямителя. При разрыве цепи обмотки возбуждения возбудителя в ней возникает большая ЭДС самоиндукции, которая имеет противоположную полярность и направлена по стрелке, указанной на рисунке. В этом направлении выпрямитель имеет незначительное сопротивление, и по замкнутому контуру Ш₁и Ш₂ обмотки возбуждения возбудителя, минус и плюс выпрямителя в направлении стрелок проходит ток, что приводит к гашению ЭДС самоиндукции. Этим самым защищается обмотка возбуждения от перенапряжений, а угольный столб УРН-423 от подгорания.

Выпрямитель ВС2 включен по однофазной' мостовой схеме. В каждом плече выпрямителя включено последовательно по четыре элемента. В тот полупериод, когда в точке 2 будет плюс переменного тока, работают два плеча выпрямителя: 2—3 и 4—5. В тот полупериод, когда переменный ток изменит свою полярность, работают два других плеча: 3—4 и 1—2. Таким образом, в каждый полупериод переменного тока работают два плеча выпрямителя. При этом полярность постоянного тока не меняется.

Обслуживание селеновых выпрямителей и уход за ними

При обслуживании селеновых выпрямителей следует помнить, что срок их службы в значительной мере зависит от температуры их перегрева во время эксплуатации. Предельная температура нагрева селеновых выпрямителей не должна превышать 60° С.

В связи с этим ничто не должно мешать свободному проходу воздуха через выпрямитель, имеющиеся в его кожухе вентиляционные отверстия должны быть всегда открыты и вблизи них не должно быть никаких посторонних предметов, могущих затруднить циркуляцию воздуха.

Кроме того, необходимо периодически удалять с выпрямителей пыль, так как запыленная поверхность ухудшает условия охлаждения. Удаление пыли обычно производится продувкой выпрямителя сжатым воздухом или ручным мехом.

Если в процессе эксплуатации будет замечено, что нагрев селенового выпрямителя выходит за допустимые нормы, то следует принять меры к его дополнительному охлаждению либо подводом рукава от общей вентиляции помещения, в котором расположен выпрямитель, либо путем установки отдельного вентилятора, обдувающего выпрямитель.

Селеновые выпрямители весьма чувствительны к парам кислоты и ртути, поэтому вблизи них не должны храниться кислоты или находиться какие-либо предметы, окрашенные краской на ртутной основе.

Особо тщательно следует оберегать селеновые выпрямители от механических повреждений. Коробление элементов, глубокие царапины на активных поверхностях, повреждения защитной окраски на них могут значительно ухудшить электрические свойства выпрямителей, а иногда и привести к отказу их от работы.

Если селеновый выпрямитель (установленный или запасный) более шести месяцев находился в нерабочем состоянии, то перед включением его в работу выпрямитель следует подформовать.

Для подформовки выпрямитель на 15 мин включают на напряжение, составляющее 50% от номинального, затем на 15 мин на напряжение 75% от номинального, а затем на 30 мин на полное рабочее напряжение без нагрузки.

Довольно часто при первом включении расформованных выпрямителей слышен характерный звук (потрескивание) электрического разряда, сопровождаемый появлением запаха озона.

Иногда при этом даже заметно искрение на поверхности элементов. В этих случаях повышать напряжение следует только после полного прекращения потрескивания.

При периодических осмотрах селеновых выпрямителей надо проверять в них отсутствие следующих дефектов:

а) механических повреждений как отдельных элементов, так и целых столбов;
б) нарушение контактов между соединительными проводами и выводными шинками;
в) нарушение контакта между пружинными шайбами и активными поверхностями элементов;
г) закорачивание отдельных элементов выпрямителя;
д) повреждение изоляции стяжной шпильки столба или соединение токоведущих частей столба с корпусом.

Помимо периодических осмотров, отсутствие перечисленных дефектов должно проверяться также перед первым включением выпрямителя в работу после его монтажа или после длительного бездействия.

Обычным методом проверки исправности селеновых выпрямителей является контроль за равномерностью нагрева его отдельных элементов. Этот контроль производится спустя 20—30 мин после включения выпрямителя под нагрузку путем прощупывания каждого элемента. Проверку надо производить на отключенном выпрямителе и достаточно быстро, чтобы за время проверки выпрямитель не остыл.

Дефектные пайки контактных соединений между проводами довольно часто можно отыскать путем осмотра и покачивания проводов. В нарушенных контактных соединениях при этом обычно появляется искрение.

Выявление закороченных элементов можно произвести с помощью вольтметра для напряжения 25 В. Вольтметр снабжается гибкими проводами со стальными изолированными щупами с заостренными концами. Прикладывая эти концы к дистанционным шайбам каждого элемента или группы их (в зависимости от схемы соединения) легко замерить падение напряжения на каждом элементе (или группе их) и выявить неисправные.

Следует указать, что довольно часто закороченные селеновые элементы удается восстановить. Закорачивание элементов является следствием появления между катодом и основой элемента токопроводящих мостиков после электрического пробоя. Процесс восстановления состоит в том, что эти токопроводящие мостики выжигаются путем пропускания через элемент тока достаточной величины.

При восстановлении закороченных элементов применяется трансформатор мощностью не менее 500 ВА с вторичным напряжением, регулируемым в пределах от 5 до 25 В.

На время восстановления выпрямитель отключается от питающей сети. Напряжение на закороченный элемент выпрямителя подается от вторичной обмотки трансформатора с помощью щупов с гибкими проводами. Подачу тока надо начинать с минимального напряжения (5 В) и производить кратковременными импульсами длительностью 0,5—1 сек.

О восстановлении элемента можно судить по появлению искрения и потрескивания на поверхности элемента при подаче импульсов тока. Иногда этот процесс приходится повторять дважды. Окончательная проверка восстановления работоспособности выпрямителя производится вольтметром после подключения выпрямителя к питающей сети.

Если при очередной проверке выпрямителя обнаружится низкая величина сопротивления изоляции относительно корпуса, то следует внимательно осмотреть все изолирующие шайбы и трубки. При обнаружении на них трещин, расслоений или надломов они должны быть заменены новыми. Мелкие царапины заливаются изоляционным лаком.

Сварочные выпрямители

Сварочный выпрямитель представляет собой аппарат, преобразующий переменный ток в постоянный (пульсирующий) при помощи полупроводниковых вентилей. Его действие основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении, в то время как в обратном направлении полупроводники электрический ток практически не пропускают.

Сварочный выпрямитель состоит из двух основных частей: трансформатора с устройством для регулирования сварочного тока или напряжения и выпрямительного блока, собранного по трехфазной мостовой схеме.

В сварочных выпрямителях используются селеновые и кремниевые вентили (полупроводники). Селеновые вентили имеют небольшой КПД, но обладают большей перегрузочной способностью, чем кремниевые. Поэтому селеновые вентили применяются в выпрямителях как с падающей, так и с жесткой характеристикой. Кремниевые же применяются в выпрямителях с падающей характеристикой, т.е. там, где ток короткого замыкания незначительно превышает рабочий ток. К тому же кремниевым вентилям требуется охлаждение, поэтому выпрямители с такими вентилями оснащаются вентиляторами.

Падающая характеристика в сварочном выпрямителе создается включением в цепь реактивной катушки или применением трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием. Во многих выпрямителях трансформаторы имеют подвижные первичные обмотки.

Сварочный ток регулируют при помощи секционированных обмоток трансформатора, специальным дросселем насыщения или изменением расстояния между обмотками.

Существуют следующие типы выпрямителей: ВВС-120-4, ВД-102, ВД-302 - с селеновыми вентилями; ВКС-120, ВКС-300, ВД-101, ВД-301, ВКСУ-500-2 - с кремниевыми вентилями.

Сварочные выпрямители обладают некоторыми преимуществами перед преобразователями с вращающимися роторами, так как они имеют лучшие энергетические и весовые показатели, более высокий к. п. д. и просты в обслуживании. Кроме того, они имеют меньшие потери при холостом ходе и лучшие сварочные качества (в результате более широких пределов регулирования), у них к тому же отсутствует шум при работе. Дефицитные медные обмотки в них заменены на алюминиевые.

Принцип работы сварочного выпрямителя. Сварочные выпрямители собирают по двум наиболее распространенным схемам: