Выпрямители с дросселями насыщения
Дросселем насыщения (Д. Н.) называют силовой магнитный усилитель, действие которого основано на нелинейности характеристик ферромагнитных материалов.
Он представляет собой замкнутый магнитопровод, выполненный из электротехнической стали с прямоугольной петлей гистерезиса, на оба боковых ярма которого надеты реакторная т (силовая) обмотка и обмотка управления. Реакторные обмотки соединены между собой последовательно, обмотки управления - встречно, что исключает трансформаторную связь между первыми и вторыми.
Три выполненных таким образом Д. Н. включены между вторичными обмотками трехфазного силового трансформатора ТС с жесткой характеристикой и выпрямителем, собранным по мостовой схеме Ларионова.
Обмотки управления питаются постоянным током. В зависимости от его величины изменяется магнитное состояние сердечников и, следовательно, индуктивность силовых обмоток Д.Н. и их реактивное сопротивление в цепи переменного тока. Изменяя относительный малый по величине ток управления, можно в широких пределах плавно дистанционно регулировать ток нагрузки выпрямителя.
Возможны две принципиально отличные схемы включения Д. Н.: с внутренней положительной обратной связью и без нее.
По первому варианту выполнен, например, выпрямитель ИПР-120/600, входящий в комплект установки для плазменной резки ОПР-6, по второму - выпрямитель ИПГ-500, входящий в комплект аналогичной установки УГЭР-500 [16, 27].
Принципиальные схемы и внешние характеристики обоих выпрямителей показаны на рис. 20, а и б. Их технические данные будут приведены при описании комплектных установок в главе « Специализированные плазменно-дуговые аппараты».
Рис. 20. Принципиальные схемы и внешние характеристики выпрямителей с дросселями насыщения:
а - выпрямитель ИПР-120/600;
б – выпрямитель ИПГ-500.
Схема выпрямителя ИПР-120/600 (рис.20,а) более совершенна по сравнению со схемой ИПГ-500. Неизменное направление тока в реакторных обмотках Д. Н ( обмотки Wc), включенных последовательно с кремниевыми вентилями выпрямительного моста, дает возможность осуществить внутреннюю обратную связь. Сердечники Д. Н. намагничиваются рабочим током, Это позволяет существенно уменьшить расчетную мощность Д. Н. и резко повысить его коэффициент усиления, т. е. уменьшить габариты и ток управления.
Благодаря применению дополнительных обратных связей (положительной по напряжению и отрицательной по току) внешние характеристики выпрямителя отличаются высокой крутизной, неизменной в широком диапазоне регулирования рабочего тока и напряжения.
Д. Н. выпрямителя выполнен с двумя обмотками управления ОУ1 и ОУ2, магнитные потоки которых направлены встречно. Обмотка ОУ2, подмагничивающая Д. Н., питается от независимого источника. Величина тока ісм регулируется сопротивлением R2. Обмотка ОУ1 размагничивает Д. Н. и получает питание от двух согласно включенных источников. Напряжение одного пропорционально напряжению дуги (и(ид) ), а напряжение другого — току (и(Iд)). Ампер-витки ОУ2 больше, чем ОУ1. R1 — сопротивление, являющееся регулятором тока.
Первоначально с ростом тока выходное напряжение источника падает. При этом уменьшается величина тока іу в обмотке ОУ1 уве-личиваются подмагничивающие (разностные) ампер-витки управления Д. Н., после чего напряжение на выходе источника поддерживается постоянным и независимым от тока. При дальнейшем увеличении тока растет напряжена вентильном мосту Д2 и при достижении определенного значения тока, устанавливаемого - переключателем на трансформаторе тока ТТ, оно превышает напряжение на диоде Д1. С этого момента ампер-витки обмотки ОУ1 начинают возрастать пропорционально току дуги, - размагничивают Д. Н., вызывая крутой спад внешней вольт-амперной характеристики выпрямителя, т. е. система переходит на поддержание постоянства тока.
Выпрямитель ИПГ-500 выполнен по принципиальной схеме без внутренней обратной связи (рис. 20, б).
Важной особенностью такой схемы является параметрическая стабилизация выпрямленного тока в диапазоне изменений рабочего напряжения дуги, что исключает необходимость введения внешних обратных связей.
Вместе с обмоткой управления ОУ дросселя насыщения уложено несколько витков ОС, включенных последовательно в силовую цепь выпрямителя и выполняющих роль отрица-тельной обратной связи по току. Эта обратная связь несколько увеличивает длину круто падающего участка внешней характеристики выпрямителя, но ограничивает пределы его регулирования по току.
Выпрямитель ИПГ-500 по сравнению с ИПР-120/600 отличается более простой, надежной схемой и меньшей инерционностью благодаря меньшему коэффициенту усиления Д.Н. Однако он уступает ему по весовым показателям и по форме внешних характеристик.
В любом выпрямителе с Д. Н. расчетная мощность последнего близка к расчетной мощности силового трансформатора ТС. Поэтому выпрямители этого вида отличаются высоким весом и габаритами. Серьезным недостатком выпрямителей с Д.Н. является инерционность цепи управления, ограничивающая их применение в плазменных установках.
Существуют устройства, в которых трансформатор и дроссель насыщения расположены на общем сердечнике, например трансформаторы с подмагничиваемым шунтом (ТРПШ), трансформаторы с магнитной коммутацией витков (ТРМК) и другие, применение которых может существенно снизить габариты и вес выпрямителей. В настоящее время изучается возможность применения для питания плазмотронов некоторых конструкций выпрямителей с подобными трансформаторами.
Вернуться на Плазменная резка
