Специальные типы схем источников питания
При рассмотрении физических особенностей плазменной дуги можно заметить, что требования к характеристикам источника питания в режиме возбуждения дуги и в рабочем режиме весьма противоречивы. Действительно, напряжение зажигания дуги в полтора-два раза больше рабочего напряжения:
а установленная мощность трансформатора (и дросселя насыщения, если используется схема с ДН) в полтора-два раза больше полезной мощности, поскольку
Динамические свойства ИП в режиме зажигания должны обеспечивать быстрое нарастание тока дуги (большие значения dI/dt) и одновременно отсутствие
бросков тока дуги. К динамическим свойствам источника питания в рабочем режиме высоких требований не предъявляется.
Возможен компромиссный вариант разрешения противоречий. Для этого, с одной стороны, допускается превышение установленной мощности источника питания относительно номинальной, а с другой — снижаются требования к качеству зажигания дуги (допускаются снижение вероятности зажигания, броски тока и т. п.).
Более рациональным является разделение функций зажигания дуги и обеспечения рабочих режимов между двумя источниками. Существует несколько вариантов схем, построенных по этому принципу.
На рис. 14,а представлена схема последовательного включения основного и вспомогательного ИП. Источник питания 2 представляет собой мощный регулируемый выпрямитель. Его напряжение выбирается только из расчета обеспечения рабочего напряжения на дуге. Напряжение Umax, необходимое для зажигания дуги, создается вспомогательным источником 1, включенным последовательно с основным (Umax=Uосн+Uвсп). После возбуждения дуги вспомогательный источник шунтируется контактором К.
Рис. 14. Схемы источников питания: 1 и 2 — источники питания; 3 — плазмотрон; 4 — изделие.
Схема обеспечивает надежное возбуждение дуги и оптимальную величину мощности основного источника. Однако она имеет и серьезные недостатки. Во-первых! требуется применение контактора К, рассчитанного на полный рабочий ток. Во-вторых, к динамическим характеристикам основного источника по-прежнему предъявляются повышенные требования.
Таких недостатков лишена схема с параллельным соединением основного и вспомогательного источников, представленная на рис. 14,6. Здесь источник питания 2 также мощный регулируемый выпрямитель, рассчитанный на рабочее напряжение дуги. Возбуждение дуги производится от маломощного нерегулируемого выпрямителя 1 с повышенным напряжением холостого хода. Его схема может быть простейшей. Для создания падающих характеристик используются балластное сопротивление, балластный дроссель или трансформатор с рассеянием.
Такие схемы имеют хорошие динамические характеристики, полностью исключающие броски тока при зажигании дуги. После возбуждения дуги включается основной выпрямитель 2, причем схема управления выпрямителя обеспечивает плавное увеличение тока.
Приведенная на рис. 14, б схема обладает прекрасными эксплуатационными качествами. Ее целесообразно использовать при модернизации оборудования. Включив параллельно стандартному источнику питания для дуговой сварки маломощный выпрямитель с повышенным напряжением, можно получить отличный ИП для плазменной сварки. Добавление вспомогательного выпрямителя к источнику питания для плазменной резки дает возможность использовать плазмотрон с уменьшенным диаметром сопла, имеющим значительно лучшие технологические характеристики, чем стандартный.
В схеме на рис. 14,6 вспомогательный источник должен быть рассчитан на напряжение зажигания дуги Umax, в то время как в схеме рис. 14, а он имеет напряжение
Uвсп = Umax – Uосн .
Схема, представленная на рис. 14, в, обладает достоинствами схем, показанных на рис. 14, а и б, и в то же время свободна от их недостатков. В этой схеме параллельно тиристорам VI, V2 и V3 основного источника питания включены вспомогательные цепи, содержащие вентили V4—V6, вольтодобавочные обмотки трансформатора L1 — L3 и балластные сопротивления R1—R3, служащие для создания падающей характеристики. (Для упрощения на рис. 14, в изображена трехфазная схема с нулевой точкой. Подобный принцип может быть использован для любой схемы выпрямления).
Работа схемы, показанной на рис. 14, в, не отличается от работы схемы на рис. 14,6, однако, как и в схеме на рис. 14, а, напряжение вольтодобавочных обмоток трансформатора выбирается из условия
Uвсп = Umax – Uосн
а установленная мощность трансформатора меньше, чем в схеме на рис. 14,6.
Вспомогательные источники питания в схемах, приведенных на рис. 14,6 и в, могут быть использованы не только для возбуждения дуги, но и для стабилизации ее в рабочем режиме, при этом снижаются требования к величине пульсаций тока основного источника.