Інверторний зварювальний апарат. Досвід ремонту і розрахунок електромагнітних елементів. Схема, опис

звичайні зварювальні апарати  мають значні габарити і велику вагу, що визначається розмірами і вагою трансформатора, що працює на низькій (50 Гц) частоті. Відомо, що перетин муздрамтеатру трансформатора залежить від частоти. Чим більше частота, тим менший перетин муздрамтеатру потрібно для передачі певної потужності. Поетом в даний час, у зв'язку з розвитком напівпровідникових технологій, з'явилася можливість значно зменшити перетин муздрамтеатру трансформатора, за рахунок збільшення частоти харчування (інверсія частоти мережі).

Принцип роботи такого перетворювача (інвертора) полягає в наступному. Напруга живильної мережі 220 або 380 вольт з частотою 50 Гц випрямляється доданими мостом 1. Цим напругою живиться високочастотний генератор на транзисторах Т 1, Т 2 і конденсаторах С1, 2, що працює на частоті 30 - 50 КГц. Конденсатори заражаються напругою, що знімається з випрямляча 1 і по черзі розряджаються через транзистори Т 1 і Т 2 на первинну обмотку трансформатора Тр. Перемикання транзисторів виробляється блоком управління 3. З вторинної обмотки трансформатора високочастотний струм напругою 60 вольт подається на потужний випрямляч 3, з нього знімається постійна напруга, яке і надходить на зварювальний пост. Схема инверторного перетворювача приведена на малюнку 19.

Термітне зварювання

Термітне зварювання здійснюється за допомогою тепла, одержуваного від згоряння порошкоподібних термітних сумішей (термітів) Суміш складають з порошків металів, що володіють більшою спорідненістю до кисню, і порошку окису заліза. Термітна суміш запалюється при введенні в неї спеціального запалу. Усередині суміші виникають реакції, що виділяють велику кількість тепла і розвиваючі дуже високу температуру, при якій розплавляється навіть основний метал.

На практиці набули поширення алюмінієвий і магнієвий терміти. Склад алюмінієвого терміту: 20 - 23% алюмінію і 77 - 80% залізної окалини. Температура, що розвивається при горінні алюмінієвого терміту, досягає 2600 - 3 000 0 С. На практиці застосовують три способи термітного зварювання тиском, плавленням і комбінований. При зварюванні тиском продукти термитной реакції використовують як акумулятор теплової енергії. Нагріта термітна суміш надає зварюються торцях вироби пластичність, що дозволяє з'єднати їх стисненням.

Зварювання плавленням виробляють в особливих вогнетривких формах, в які встановлюють кромки зварювальних виробів. Утворений при горінні терміту перегрітий розплав сплавляє кромки виробів, створюючи поблизу них ванну рідкого металу, покритого шаром шлаку. Шлаки оберігає метал від окислення і швидкого охолодження, що забезпечує хорошу якість зварного з'єднання.

Комбінований спосіб застосовують, як правило, при зварюванні рейкових стиків. Кількість терміту вибирають так, щоб нижня частина форми була заповнена розплавленим металом, а верхня - розплавленим шлаком. Після заливки форми рейки стискають. В результаті нижня частина зварюється плавленням, а верхня - тиском.

Випадки непередбаченого відключення електроенергії традиційно приносять масу клопоту її споживачам. Це стосується всіх без винятку: і жителів квартир, і власників приватних будинків, і працівників виробничих та інших організацій.

Безумовно, резервні генератори встановлені на багатьох сучасних підприємствах, на випадок такого відключення, але що ж робити, коли потрібна безперервна подача електроенергії, і просто неприпустимо різке її відключення? Як забезпечити харчування важливого обладнання без необхідності його перезавантажувати і заново налаштовувати? Зрештою, робота домашнього комп'ютера  - теж процес, який не допускає подібних неприємностей, а тим більше - якщо такий комп'ютер є сервером.

Заслужено зайняли свою непорушну позицію у вирішенні раз і назавжди проблеми такого роду. Пристрій инверторного джерела живлення засноване на перетворенні постійної напруги акумулятора (12 вольт або 24 вольта) в змінний струм напруги (110 вольт або 220 вольт) з частотою 50 або 60 Гц в залежності від конкретних стандартів і завдань.

Однак, будучи невід'ємною частиною такого пристрою, акумулятор використовується лише тоді, коли відсутня звичайна подача електроенергії. Якщо відключення не відбулося, то акумулятор джерела підтримується в зарядженому стані до того моменту, коли відбудеться раптове відключення електроенергії.

Як влаштований і працює ДБЖ

Принцип дії инверторного джерела безперебійного живлення  такий: коли подається енергія від мережі, акумулятор всередині пристрою підтримується в зарядженому стані, перебуваючи в буферному режимі, адже він включений в ланцюг харчування вихідного інвертора.

Вхідна напруга від мережі, наприклад 220 вольт, перетворюється в низьке постійна напруга, наприклад 24 вольта, потім підключений акумулятор, який підтримується в зарядженому стані.

Іноді буває передбачений режим «байпас» (bypass), при якому живлення вихідного каскаду інвертора здійснюється випрямленою і відфільтрованим мережевим напругою, при цьому акумулятор не використовувати зовсім, але при необхідності, перемикання на живлення від нього відбувається миттєво, завдяки системі інтерактивного перемикання.

Два види ДБЖ

Режим, коли акумулятор завжди включений в ланцюг харчування вихідного інвертора, і в перемиканні немає необхідності, називається режимом подвійного перетворення . Такий режим є на даний момент самим надійним варіантом.

Слід відрізняти цей режим джерел безперебійного живлення від ДБЖ резервного режиму, Коли при наявності напруги мережі, харчування відбувається безпосередньо від неї, бо такий режим дуже не надійний в силу низької швидкості перемикання на живлення від акумулятора, а режим подвійного перетворення, і опція байпас роблять більш надійним, практично миттєвим, перемикання на резерв.

Проте, широко поширені недорогі ІБП для комп'ютерів майже завжди виконані за схемою резервного режиму, а режим подвійного перетворення використовується в більш дорогих і більш потужних пристроях.

Важливу роль в конструкції інверторного безперебійного джерела  харчування відіграє реалізація стабілізації і захисту від перешкод при роботі пристрою від побутової мережі. Тут, звичайно, має місце пряма залежність ціна - якість. ДБЖ з кращими вбудованими стабілізаторами значно дорожче простих рішень.

Переваги та недоліки ДБЖ з подвійним перетворенням і з резервним режимом роботи

До переваг ДБЖ з подвійним перетворенням відносяться висока швидкість переходу на живлення від акумулятора (практично безперервно він включений в схему), синусоїдальна форма вихідного сигналу, і, як правило, можливість регулювати параметри виходу в силу якісно виконаного вбудованого стабілізатора.

Недоліків два: трохи низький ККД - 80-95%, і постійний шум вентилятора при роботі. Однак, тільки ДБЖ з подвійним перетворенням здатні виключно якісно і надійно живити будь-яке навантаження, включаючи асинхронні двигуни та інші системи, де важлива виняткова форма струму, оскільки, як правило, схеми з подвійним перетворенням видають чистий синус.

До переваг ДБЖ з резервним режимом роботи, відноситься низька вартість і широка доступність, а також високий ККД за рахунок постійного живлення від мережі, коли там присутній стандартна напруга.

Недоліки - низька швидкість перемикання на живлення від акумулятора, і несинусоїдальності форма вихідного сигналу. ДБЖ такого режиму всюди застосовуються для резервного живлення домашніх комп'ютерів і побутової техніки, де на вході стоїть вбудований імпульсний перетворювач, який спочатку випрямляє вхідна напруга, а потім перетворює в потрібний приладу вид.

Перспективи розвитку інверторних джерел безперебійного живлення

Найбільш перспективним напрямком розвитку цієї галузі вважається розробка і вдосконалення виключно стабілізованих джерел безперебійного живлення з високим ККД, із застосуванням і схем корекції коефіцієнта потужності, і технології байпас. Нововведення, пов'язані з впровадженням літій-іонних акумуляторів також дають надію на вдосконалення інверторних систем резервного електропостачання.

Варто відзначити важливість застосування таких пристроїв в, коли кілька джерел, як то вітряної генератор, сонячна панель, і інші, підключені до єдиного ланцюга, і вимагають самого обережного і безпечного застосування для забезпечення споживача якісною електроенергією правильної форми.

Лютий 5, 2015

Ви вирішили організувати безперебійне електроживлення вашого будинку за допомогою сучасного, оптимального і зручного рішення - ДБЖ.

У процесі вивчення теми у вас неодмінно виникне питання: яке рішення - на базі інвертора * або ІБП On-line вибрати? Ми постараємося внести ясність в це питання і спростити ваш вибір. Отже, нижче порівняльний аналіз.

Раунд I. Якість вихідного сигналу

ДБЖ On-line типу завдяки подвійному перетворенню при будь-якому сигналі на вході видає на виході ідеальну синусоїду, яка зберігається незалежно від ступеня завантаження ДБЖ. До форми сигналу чутлива індуктивне навантаження і складна електроніка (насоси та інші електродвигуни, hi-end апаратура і т.п.).

Інвертор, якщо у вас є напруга, буде його транслювати на споживачів не виправляючи вхідний сигнал. У режимі роботи від АКБ інвертор допускає істотно більш широкий діапазон відхилень (КНІ) за формою синусоїди.

Рахунок 1: 0 на користь On-line.

Раунд II. стабілізація напруги

ДБЖ - це кращий стабілізатор, який тільки можна собі уявити. Щоб не відбувалося на вході - на виході завжди 220В, на відміну електронних або релейних стабілізаторів, які регулюють напругу східчасто. Діапазон стабілізації теж вражаючий - як правило в межах від 110 В до 290В.

Інвертор функції стабілізації як правило позбавлений зовсім. Однак, є виробники, які вбудовують в інвертор стабілізатор, наприклад, Cyberpower, роблячи з інвертора джерело типу line-interactive, але залишаючи йому назву "інвертор". Вбудований стабілізатор як правило не відрізняється високими характеристиками: точність і швидкість стабілізації посередні.

Рахунок 2: 0 на користь On-line.

Раунд III. Робота з акумуляторами

1) Кількість АКБ, Що підключається до ДБЖ визначається його потужністю:

• до 800 Вт: 2-3 шт.
• 1800 Вт: 4 шт
• 2700 Вт: 6-8 шт
• від 5400 Вт до: 12-16 шт.

До моделей з трифазним входом і виходом може підключатися від 32 АКБ і більш.

А що ж з інверторами?

• При потужності 1-3 кВт: 2 або 4 шт.
• Від 3-х кВт ми рекомендуємо мінімум 4 акумулятора.

Таким чином, в цьому питанні інвертори мають переваги, так як необхідної автономії можна домогтися за допомогою акумуляторів великої ємності, тобто, наприклад, сукупну ємність в 800Ач можна сформувати за допомогою. Більш того, звичайною практикою є паралельно-послідовне підключення АКБ для збільшення часу автономії, тобто при такій схемі можна підключити 4, 8, 12, 16 акумуляторів.

2) Зарядний струм
  Сила струму зарядного пристрою визначає на скільки швидко зможуть зарядитися АКБ при відновленні харчування. Як правило, класичне час заряду AGM і GEL акумуляторів становить 10 годин. Інвертори мають високі струми, що дозволяє коректно і швидко зарядити навіть великі акумуляторні банки. Потужність зарядного пристрою ІБП як правило менше і час на заряд акумуляторів великої ємності може піти більше 10 годин.

Рахунок 2: 1

16 АКБ на стелажах для ДБЖ On-line

Раунд IV. довговічність акумуляторів

Як показує практика, акумулятори довше живуть при використанні з ДБЖ On-line типу, які мають багатоступінчастий інтелектуальний режим заряду.

Рахунок 3: 1

Раунд V. Час перемикання на АКБ

ДБЖ on-line типу переключаються на АКБ моментально, т.е.за 0 сек. Ні споживачі, ні ви не помітите, що пропало центральне харчування. Тільки писк ИБП вам повідомить про проблеми з електропостачанням. Ця властивість робить ДБЖ незамінним для обладнання, яке дуже критично до якості і стабільності харчування.

Час перемикання інвертора з роботи від мережі на АКБ - 10-20мс, лампочки освітлення змигнуть, але сучасні ПК в перезавантаження піти не встигнуть. Деякі моделі газових котлів такої перебій в харчуванні можуть сприйняти як помилку мережі. Сумісність слід уточнити у наших фахівців.

Рахунок 4: 1

Раунд VI. Робота з генератором і сонячними батареями

ДБЖ досить вимогливі до якості харчування, при відхиленнях вхідної частоти від 50 Гц на 2-4% вони можуть сприйняти як аварійну ситуацію і піти в режим харчування навантаження від АКБ. Зважаючи на це, ІБП коректно працюють тільки з якісними генераторами, оснащеними електронним керуванням частотою. Інвертори істотно менш вимогливі і дружать навіть з самими бюджетними генераторами.

Автоматизація генераторів в зв'язці з інверторами має широку практику: при розряді АКБ близьким до критичного інвертор може послати сигнал на запуск генератора і зупинити його, коли акумулятори зарядилися до встановленого рівня. Така схема зручна при автономній роботі або при дуже тривалих відключення електроенергії. Автоматизація ІБП і генераторів можлива, але істотно складніше і дорожче.

ДБЖ не вміють працювати з сонячними панелями, а інвертори вміють і мають масу можливостей для цього.

Рахунок 4: 2, плюс очко інверторів.

Блок автоматизації генератора

Раунд VII. Експлуатація та рівень шуму

В силу постійного подвійного перетворення ДБЖ  потребує охолодження, отже, присутній постійний шум від вентиляторів, в слідстві чого джерело слід встановлювати в нежитловому приміщенні. Інвертори включають вентилятори до навантажень близьким до максимальної, а також при заряді акумуляторів на максимальному струмі. Також інвертори менш вимогливі до температури і рівнем забрудненості приміщення. Існують моделі для експлуатації в умовах тряски і високої вологості.

Рахунок 4: 3

Раунд VIII. Здатність до перевантажень

ДБЖ дуже чутливі до перевантажень і при розрахунку навантаження слід враховувати цей факт. Максимальна глибина перевантаження - близько 125%, потім ДБЖ піде в режим байпаса, тобто почне живити навантаження в обхід своєї схеми. При багаторазових перевантаженнях ДБЖ може прийти в непридатність.

Інвертори, як правило, мають дворазову здатність до перевантажень протягом 5-10сек від своєї номінальної потужності і спокійно переносять пускові струми індуктивного навантаження.

Рахунок 4: 4

Раунд IX. надійність

Наш досвід показує, що рівень надійності ДБЖ і інвертора приблизно однаковий, якщо порівнювати моделі одного цінового сегмента. Тут нічия.

Рахунок колишній: 4: 4

Раунд X. Вартість

Вартість рішення на базі інверторів і ДБЖ можуть сильно відрізнятися в залежності від потужності і часу автономії: може бути вигідніше ІБП, а може інвертор.

Остаточний рахунок: 4: 4

Який висновок можна зробити?  Рішення про вибір між ДБЖ і інвертором має бути зроблено виходячи з важливості певних характеристик саме у вашій ситуації. Також, не зайвим буде зіставити вартості і час автономії систем. Будемо сподіватися, що ми допомогли вам з вибором.

Вступ

Найбільш прогресивний вид нового зварювального обладнання, Що виконується в даний час по инверторной схемою. У більшості випадків обладнання нерозривно пов'язане з конкретним типом проволокоподающего пристрою. У найпростішому варіанті це джерело, що дозволяє виконувати механізоване зварювання плавиться в захисних газах  низьколегованих і корозійностійких сталей і алюмінію. Використовується також при зварюванні порошковим і самозахисного дротами. Особливістю високочастотних інверторів є висока стабільність і якість зварювання різних матеріалів  в широкому діапазоні товщин з мінімальним розбризкуванням металу. Таке обладнання в ряді випадків забезпечує високоякісне зварювання і покритими електродами з усіма видами покриттів. Зварювання неплавким електродом є зазвичай додатковою функцією. При імпульсної зварюванні плавиться в суміші газів з'являється можливість отримання імпульсів струму різної частоти і форми. При достатній технологічної опрацювання це властивість може поліпшити якість зварних з'єднань. Наприклад, введення функції подвійного імпульсу поліпшило очищення металу при зварюванні алюмінію, в результаті чого зварний шов  формується того ж виду, що й під час зварювання вольфрамовим електродом.

Всі джерела живлення забезпечені цифровими дисплеями, в окремих застосована система "Мінілог", що забезпечує можливість перемикання двох режимів зварювання на зварювальної пальнику. Це важливо при різній формі обробки або зміні просторового положення шва. В даний час найбільш поширена зварювання плавиться конвекційним способом з роздільним регулюванням швидкості подачі дроту і зварювального напруги. У той же час, значно розширюється сфера застосування синергетичного способу регулювання однією кнопкою. Такий режим вирішує проблему встановлення правильного співвідношення подачі дроту і напруги для кожного виду зварювання в залежності від ряду вихідних параметрів (діаметра електродного дроту, зварюваного матеріалу, виду захисних газів, функції заварки кратера, параметрів імпульсної зварювання та ін.). Контроль за зварюванням і всі види регулювання здійснюються з панелі управління або спеціальних пультів. Наприклад, установка "AnstoMig Universal" фірми ESAB має 200 програм для звичайної імпульсної зварювання. Напівавтомат фірми KEMPPI виконує 20 програм. Існує можливість створення власних програм, необхідних замовнику.

Інвертори для зварювання плавиться випускає ряд фірм (у багатьох з них реалізовані рішення на принципах синергетики): ESAB - "Anston Mig" на ток 320-500 A, Fronius - "Trans Puls Synergic" на ток 210-450 A, KEMPPI - " PRO "на ток 300, 420 і 520 А і ін.

Універсальні транзисторні інвертори почали випускати Санкт-Петербурзька фірма "ФЕБ" - "Магма-315" і "Магма-500" і ТОВ "ПТК" - "Инверт-400" ( ручне зварювання, механізоване зварювання  плавиться, зварювання неплавким електродом - 400 А, ПН - 80%).

Інвертором називається прилад, схема, або система, яка створює змінну напругу при підключенні джерела постійної напруги. Існує інший спосіб визначення: інверсія - функція зворотна випрямляння. Випрямлячі перетворять змінну напругу в постійне, а інвертори навпаки, перетворюють постійний струм в перемінний.

Інвертори зовсім рідкісні пристрої. Під іншими назвами вони з'являються в численних додатках. Інверторами, звичайно, можна назвати і віброперетворювачі, і генератори зі зворотним зв'язком, і релаксаційні генератори. Хіба вони не перетворюють постійний струм в перемінний? Фактично, використання назв «інвертор» і «генератор» кілька довільно. Інвертор може бути генератором, а генератор можна використовувати як інвертор. Зазвичай воліли використовувати термін «інвертор», коли робоча частота була меншою ніж 100 кГц, і виконувана їм операція забезпечувала змінною напругою деяку іншу схему або обладнання. Сучасні інвертори не мають обмежень по частоті.

Оскільки немає чітко встановленої межі між інверторами і генераторами, можна сказати, що багато інвертори є генераторами спеціального типу. Інші інвертори можуть по суті бути підсилювачами або керованими перемикачами. Вибір терміну фактично визначається тим, як розставлені акценти. Схема створює радіочастотні коливання з відносно високою стабільністю частоти традиційно назвалася генератором. Схему генератора, в якій основна увага звертається на такі параметри як к.к.д., можливість регулювання і здатність витримувати перевантаження, і яка працює в діапазоні звукових або інфразвукових частот, можна назвати інвертором.

На практиці, коли ми розглядаємо кінцеве призначення схеми, відмінності між інверторами і генераторами, стають достатніми очевидними. Призначення схеми тут же підкаже нам як правильніше її називати: генератором або інвертором. Зазвичай інвертор застосовується в якості джерела живлення.

Інвертор живиться енергією від джерела постійної напруги і видає змінна напруга, а випрямляч підключений до джерела змінної напруги і має на виході постійна напруга. Є третій варіант - схема або система споживає енергію від джерела постійної напруги і видає також постійна напруга в навантаження. Пристрій, що здійснює цю операцію, називається перетворювачем. Але не будь-яку схему, що має постійну напругу на вході і постійна напруга на виході, можна вважати перетворювачем. Наприклад, потенціометри, подільники напруги, і атенюатори дійсно «перетворять» один рівень постійної напруги в інший. Але їх взагалі не можна назвати перетворювачами. Тут в процесі виконання перетворення відсутній такий елемент як інвертор, віброперетворювач, або генератор. Іншими словами, послідовність процесів в сьогоденні перетворювачі така: постійна напруга - змінна напруга - постійна напруга. Зручним є наступне визначення перетворювача: схема або система, яка споживає і видає потужність в вигляді постійної напруги, в якій в якості проміжного процесу в передачі енергії використовується генерування змінної напруги (іноді використовується вираз dc-to-dc перетворювач).

Практичне значення визначення перетворювача полягає в тому, що перетворювач по суті працює як трансформатор постійної напруги. Це властивість дозволяє маніпулювати рівнями постійної напруги і струму також, як це робиться при використанні трансформаторів в системах зі змінним напругою. Крім того, такий трансформатор-перетворювач забезпечує ізоляцію між вхідними та вихідними ланцюгами. Це сприяє електричної безпеки і значно спрощує ряд проблем при проектуванні систем.

Розглянемо перетворювач з додатковою операцією. Припустимо, що повна послідовність операцій така: змінну напругу, постійна напруга, змінна напруга, постійна напруга. Це означає, що пристрій отримує енергію від мережі змінного напруги, випрямляє це напруга, інвертує його в змінну напругу, і знову випрямляє. Такий основний принцип побудови багатьох джерел живлення. Чи не є це невиправдано надлишковим? Ні, оскільки для виконання інверсії сформоване змінну напругу має набагато більш високу частоту, ніж частота мережі, що дозволяє позбутися від масивного і дорогого трансформатора, розрахованого на частоту мережі. Трансформатор інвертора (що працює на частотах від 20 кГц до декількох МГц) буває дуже невеликим і забезпечує повну ізоляцію.

1 Інвертор. (Принцип роботи, різновид, область застосування)

1.1 Послідовний інвертор

Електрична схема, робочі фази і форми вихідних сигналів послідовного інвертора зображені на рис. 1. Така схема називається послідовним інвертором, оскільки в ній навантажувальний опір включено послідовно з ємністю. R - опір навантаження, L і С - комутаційні елементи. Такий тип інвертора містить два тиристора. Розглянемо докладніше фази роботи такої схеми.

Фаза I. Тиристор Т1 включається в момент часу to. Починається заряд конденсатора від джерела живлення. Послідовна ланцюг R, L і С формує синусоїдальний струм через навантажувальний опір і виконує функцію демпфирующей ланцюга. Коли струм в ланцюзі зменшується до нуля, тиристор Т1 закривається. Напруга на опорі навантаження знаходиться в фазі з струмом тиристора. Форми напруг VL і Vc можна отримати за допомогою теореми Кірхгофа: (VL + Vc = E), величини VL і Vc повинні задовольняти умовам цього рівняння.

Фаза II. Тиристор Т2 не повинен включатися відразу після того, як струм через тиристор Г, зменшиться до нуля. Для кращого замикання тиристора Т1, до нього необхідно докласти невелике зворотне напруга. Якщо тиристор Т2 включається без запізнювання, або мертва зона відсутня, напруга джерела живлення замикається через відкриті тиристори Т1 і ТГ .. Якщо обидва тиристора знаходяться в закритому стані, то VR = 0, VL = 0, отже, L di / dt = 0 і конденсатор З залишається незарядженим.

Фаза III. У момент часу t2 тиристор Т2 включається й ініціює негативний напівперіод. Конденсатор розряджається через L, R і Т2. Слід зауважити, що електричний струм через навантажувальний опір R протікає в протилежному напрямку. У момент часу, коли цей струм зменшується до нуля, тиристор Т2 вимикається. Форми напруг VL і Vc можна отримати за допомогою теореми Кірхгофа: (VL + Vc = 0), величини VL і Vc повинні задовольняти умовам цього рівняння.

а) Електрична схема;

б) Фази роботи схеми;

в) Форми напруг і струмів в ланцюгах послідовного

інвертора

Якщо тиристор Т1 запустити з затримкою на величину мертвого часу, вищезгадані процеси повторяться.

переваги:

1. Проста конструкція.

2. Вихідна напруга близько до синусоидальному.

недоліки:

1. Індуктивність L і конденсатор С мають великі габарити.

2. Джерело живлення використовується тільки протягом позитивного напівперіоду.

3. У вихідній напрузі є вищі гармоніки через наявність мертвої зони.

Послідовний інвертор найкраще підходить для високочастотних пристроїв, так як для необхідних значень 1 і С зменшуються їх габарити. Час періоду для одного циклу складає:

T0 = ​​T + 2td. де Г = l / ft і t6 - мертве час.

Вихідна частота послідовного інвертора завжди менше резонансної частоти внаслідок наявності мертвої зони. Значення вихідний частоти може варіюватися шляхом зміни мертвого часу.

Ріс.1г. -Форма вихідної напруги последователного інвертора

1.2 Паралельний інвертор

Базова схема паралельного інвертора зображена на рис.2. Коли ключ 1 замкнутий, помічені точкою висновки обмоток A, D і С мають позитивний потенціал. Вихідна напруга - позитивне. У другій половині періоду ключ 1 розмикається і замикається ключ 2. Помічені точкою висновки обмоток A, D і С мають негативний потенціал і вихідна напруга - негативне.

Електрична схема, робочі фази і форми вихідних сигналів паралельного інвертора зображені на рис.2. Паралельні інвертори застосовуються в низькочастотних пристроях. У них використовуються трансформатор з відведенням з центру первинної обмотки, два тиристори і коммутирующий конденсатор. Джерело живлення включається між центральним висновком і загальною точкою катодів тиристорів. Еквівалентну навантажувальний опір, перелічене в ланцюг первинної обмотки, підключено паралельно комутаційного конденсатору. Отже, інвертор такого типу є паралельним.

У момент часу t = tx тиристор Т1 включається. Напруга джерела живлення Е докладено до обмотці трансформатора А. Відповідно до закону самоіндукції таке ж напруга Е индуцируется на обмотці трансформатора В, але протилежної полярності. Оскільки обмотки А і В з'єднані послідовно, на них буде сумарна напруга 2Е. Цим напругою конденсатор попередньо заряджається до напруги + 2 Е.

У момент часу t = t2 тиристор Т2 включається. Полярність напруг на обмотках А і В змінюється на зворотну, до конденсатору, і тим самим до тиристору Т1, прикладається зворотна напруга, за рахунок чого тиристор Т1 вимикається. Полярність напруги на конденсаторі змінюється, і він перезаряджається до напруги - 2Е. Також змінює на зворотний напрямок струм у вторинній обмотці, тобто через навантажувальний опір протікає змінний струм прямокутної форми. Форма вихідної напруги аналогічна формі напруги на конденсаторі.

Рис.2 - а) Базова схема паралельного інвертора;

б) Фази роботи схеми;

в) Форми напруг і струмів в ланцюгах паралельного інвертора

недоліки

Номінальна напруга конденсатора має бути 2Е.

Струм джерела живлення не є чистим постійним струмом.

Коливання струму джерела живлення, є причиною додаткового виділення тепла в первинному ланцюзі паралельного інвертора.

1.3 Мостові інвертори

Однофазний полумостовой інвертор

Однофазний полумостовой інвертор складається з двох джерел живлення і двох комутаторів. Навантаження підключена між загальним висновком джерел живлення і загальною точкою комутаторів.

Електрична схема, робочі фази і форма вихідного сигналу однофазного полумостового інвертора з резистивної навантаженням зображені на рис.3. Тиристор Т1 знаходиться в провідному стані протягом періоду Т0 / 2 (Г0 = 1 // о). Тиристор Т2 включається в момент часу Т0 / 2 і ініціює негативний напівперіод струму навантаження, за рахунок чого тиристор Т1, вимикається. У момент часу Те знову включається тиристор T1 а тиристор Т2 вимикається. Цей процес повторюється, тим самим забезпечується безперервне прямокутне напруга на навантаженні. Це можливо, так як тиристори T1 і Т2 одночасно не запускаються.

Рис.3 - а) Схема полумостового інвертора з резистивної навантаженням;

б) Фази роботи схеми,

в) Форма напруги та струму полумостового інвертора

Принцип дії схеми можна пояснити, розглянувши чотири фази її роботи. Діоди Dx і D2називаются поворотними діодами. Інвертор не може управляти індуктивним навантаженням без зворотних діодів. Без діодів в схемі є великі викиди напруги при перемиканні тиристорів, оскільки навантаження індуктивна. Ці викиди напруги можуть зруйнувати тиристори. Електрична схема, робочі фази і форма вихідного сигналу однофазного полумостового інвертора з індуктивним навантаженням зображені на рис.4.

Рис.4 - а) Схема полумостового інвертора з індуктивним навантаженням;

б) Фази роботи схеми,

в) Форма напруги полумостового інвертора

Фаза II. Струм з боку навантаження зміщує в прямому напрямку діод D2, і він переходить в стан провідності. Потужність з боку навантаження передається в джерело живлення V2. Коли величина струму падає до нуля, діод D2 закривається.

Фаза III. Поки діод D2 проводить струм, тиристор Т2 не може перебувати в стані провідності, оскільки він зміщений у зворотному напрямку. Як тільки діод D2 закривається, можна включити тиристор Т2. На проміжку часу t2 - t3 напруга і струм негативні, а потужність - позитивна, тобто потужність передається від джерела живлення до навантаження. У момент часу t = t4 тиристор Т2 примусово включається.

Фаза IV. На індуктивному навантаженні змінюється полярність напруги, але напрямок струму через неї зберігається. За рахунок зміни полярності напруги діод D1, зміщується в прямому напрямі. Струм тепер тече у напрямку до джерела живлення Vv, має місце рециркуляція потужності. Цей процес триває до тих пір, поки діод D1 не перейде в закритий стан в момент часу t5. Якщо тиристор Т1 знову включити, вищезгадані процеси повторяться.

При роботі інвертора на RL-навантаження струм в ланцюзі змінюється експоненціально. Площі позитивних і негативних періодів не рівні, так як на резистивної компоненті навантаження в протифазні періоди розсіюються різні потужності.

1.3.3 Полумостовой інвертор з RLC - навантаженням

Рис.5 - а) Схема полумостового інвертора з RLC-навантаженням, б) Форма напруги та струму полумостового інвертора

Електрична схема і форма вихідного сигналу однофазного полумостового інвертора з RLС-навантаженням зображені на рис.5. Якщо інвертор живить RLС-навантаження, окрема ланцюг коммутирования не потрібно. Це можна пояснити за допомогою символічного зображення на ріс.5б. Робоча частота інвертора повинна бути обрана такою, щоб Хс\u003e XL. При цих умовах в цій схемі струм випереджає по фазі напругу. Струм в навантаженні змінюється синусоїдально. У проміжку часу від t0 до tl тиристор Т1 знаходиться в провідному стані. У момент часу t1 = t2 тиристор Т1, вимикається, так як струм в ланцюзі зменшується до нуля. У проміжку часу від t1 до t2 діод D1 знаходиться в провідному стані і потужність передається від навантаження до джерела живлення. Діод D1 знаходиться в провідному стані до тих пір, поки на конденсаторі присутня напруга. Коли діод D1 знаходиться в стані провідності, тиристор Т1 зміщений у зворотному напрямку. Таким чином, спеціальна ланцюг примусової комутації в цьому випадку не потрібно. У цій схемі RLC-навантаження забезпечує комутацію тиристорів. Протягом негативного напівперіоду тиристор Т2 знаходиться в провідному стані, через деякий час діод D2 починає проводити, внаслідок цього тиристор Т2 зміщується в зворотному напрямку і закривається.

1.4 Інвертор Мак-Мюррея (інвертується перетворювач)

Принцип роботи інвертора Мак-Мюррея заснований на коммутірованіі струму. Полумостовой інвертор працює на індуктивне навантаження, як зображено на рис.6. Тиристори ТА 1 і ТА2 в цій схемі є допоміжними. Вони використовуються для комутації основних тиристорів Т1 і Т2. Індуктивність L і ємність С є коммутирующими елементами. Конденсатор попередньо заряджений зліва негативно, а праворуч-позитивний. Робочі фази цієї схеми пристрою наступні.

Фаза I. Тиристор Т1 запускається, тим самим ініціюється позитивний напівперіод перетворення. Постійний струм  навантаження протікає через тиристор Т1.

Фаза I I. У момент часу t1 запускається допоміжний тиристор ТА 1. За замкненого кола L, С, Т (і ТА1 починає протікати струм, при цьому струм через конденсатор синусоидально наростає, як показано на ріс.6в. У проміжку часу від t1 до t2 значення ic

Фаза III. Після виключення тиристора Т1 струм продовжує протікати через D1. Діод знаходиться в стані провідності до моменту часу t3 до тих пір поки ic - I0 позитивні. У момент часу t = t3 діод D1, перестає проводити, тому що струм через нього зменшується до нуля.

Фаза IV. Після того як діод D1 закривається, постійний струм навантаження протікає через конденсатор і дозаряджати його зліва негативно, а праворуч позитивно. Напруга на конденсаторі змінюється лінійно, так як через конденсатор протікає постійний струм.

Фаза V. Струм через діод збільшується, в той час як струм через конденсатор зменшується. Коли струм через тиристор Ta зменшується до нуля, тиристор вимикається.

Фаза VI. На індуктивному навантаженні змінюється полярність напруги, і діод D1 зміщується в прямому напрямі. Починається процес рециркуляції. Енергія, запасені в навантаженні, передається назад в джерело живлення Vr Після замикання діода D1 запускається тиристор Т2. Щоб вимкнути тиристор Т2 необхідно включити тиристор ТA2. Далі подібні процеси повторюються аналогічно вищевикладеним.

Рис.6 - а) Схема інвертора Мак-Мюррея;

б) Фази роботи схеми;

в) Форми напруги і струмів інвертора Мак-Мюррея

При розробці інвертора його параметри вибираються виходячи з найгірших умов, таких як мінімальна вхідна напруга і максимальний вихідний струм.

1.5 Інвертор Мак-Мюррея - Бедфорда

Інвертор Мак-Мюррея містить два допоміжних тиристора. Інвертор Мак-Мюррея-Бедфорда не потребує ніяких допоміжних тиристорів. Один основний тиристор в цій схемі комутує інший основний тиристор. Електрична схема, робочі фази і форма вихідного сигналу інвертора Мак-Мюррея - Бедфорда зображені на рис.7. Робочі фази цієї схеми пристрою наступні.

Рис.7 - а) Схема інвертора Мак-Мюррея; б) Фази роботи схеми

Фаза II. Після включення тиристора Т2 напруга з конденсатора С2 подається на індуктивність L2. Ця напруга дорівнює подвоєному напрузі живлення. За рахунок взаємної індукції на індуктивності L1 з'являється напруга, рівна напрузі на індуктивності L2. Напруга на катоді тиристора Т1 одно учетверенному напрузі харчування, а на аноді подвоєному напрузі живлення. Таким чином, після включення тиристора Т2 тиристор Т1 вимикається. Швидке вимикання тиристора L1 можливо завдяки тому, що енергія, запасені в індуктивності L1 передається на індуктивність L2 оскільки загальний магнітний потік повинен залишатися постійним. З рис.7в видно, що струм в схемі перерозподіляється від тиристора Т1 на тиристор Т2 на початку фази II. По ланцюгу L2 і С2 починає протікати струм. Діод D2 зміщується в зворотному напрямку напругою на конденсаторі С2.

Фаза III. Як тільки полярність напруги на конденсаторі змінюється на зворотну, діод D2 переходить в провідний стан і тим самим шунтує конденсатор С2. Енергія, запасені на індуктивності L2 підтримує незмінне напрям струму через тиристор Т2 і діод D2. Поступово запасені в індуктивності L2 енергія розсіюється на активному опорі навантаження, і тиристор Т2 вимикається.

Фаза IV. Діод D2 як і раніше зміщений в прямому напрямку за рахунок струму, що протікає через індуктивність навантаження. Тут має місце процес рециркуляції енергії, запасеної на індуктивності навантаження. Діод D2 знаходиться в провідному стані до тих пір, поки запасені енергія передається джерела живлення V2.

Тиристор Т2 знову включається, тим самим ініціюючи аналогічний негативний напівперіод інвертора. В кінці негативного напівперіоду тиристор Т1 залишається в провідному стані і процес, описаний вище, повторюється.

Рис.7в - Форми струмів інвертора Мак-Мюррея -Бедфорда

1.6 Трифазні інвертори

Трифазні інвертори можуть бути використані в двох режимах:

1) 120-градусний режим роботи;

2) 180-градусні режими роботи.

1.6.1 120-градусний режим роботи

Тиристори тут нумеруються за аналогією з трифазними двухполуперіодним випрямлячами. Різниця номерів тиристорів в кожній фазі дорівнює трьом. До трифазного мостового инвертору підключена активне навантаження, що складається з трьох резисторів, як показано на рис.8. При 120-градусному режимі роботи кожен тиристор знаходиться в провідному стані від 0 до 120 ° за період. У будь-який час два тиристора в цій схемі знаходяться в провідному стані, і два з трьох навантажувальних резисторів є споживачами потужності. Коли тиристор з непарної групи знаходиться в провідному стані, відповідне йому фазовий напруга - позитивне. Якщо ж в провідному стані знаходиться тиристор з парної групи, відповідне йому фазовий напруга негативне. Фазові напруги тут представляють собою 120-градусні псевдопрямоугольние послідовності імпульсів. Вихідні лінійні напруги мають форми шестиступінчастих послідовностей імпульсів, зрушених на 120 ° по відношенню один до одного. Форми фазових і лінійних напруг наведені на рис.8б.

Запуск тиристорів в цій схемі здійснюється в послідовності 61-12-23-34-45-56. Вихідна частота визначається частотою запуску тиристорів.

Рис.8 - 120-градусний режим роботи інвертора Схема трифазного мостового інвертора

Ріс.8б - 120-градусний режим роботи інвертора Форми фазових і

лінійних напруг

1.6.2 - 180-градусний режим роботи

При 180-градусному режимі кожен тиристор знаходиться в стані провідності половину періоду. В цьому режимі роботи інвертора можливі два способи комутації тиристорів - два тиристора з непарної групи і один тиристор з парної групи або два з парної групи і один з непарної групи знаходяться в провідному стані.

Фазовий напруга інвертора буде позитивним, якщо тиристори з непарної групи знаходяться в провідному стані, і негативним, якщо тиристори парної групи знаходяться в провідному стані. У будь-який час два навантажувальних резистора підключені до джерела живлення паралельно, а третій підключений послідовно до них. На двох паралельно з'єднаних резисторах вихідна напруга буде V / 3, а на третьому - 2 К / 3.

Мал. 9 - 180-градусниі режим роботи інвертора

а) Схема трифазного мостового інвертора,

б) Форми фазових і лінійних напруг

Лінійні напруги тут представляють собою 120-градусні псевдопрямоугольние послідовності імпульсів. Вихідні фазові напруги інвертора мають форми шестиступінчастих послідовностей імпульсів, зрушених на 120 ° по відношенню один до одного. Форми фазових і лінійних напруг наведені на ріс.9б. Тиристори в цій схемі запускаються в послідовності 561-612-123-234-345-456. Вихідна частота визначається частотою запуску тиристорів.

1.7 Трифазний інвертор струму

Рис.10 - Схема трифазного інвертора струму

Щоб вимкнути шість тиристорів, потрібні шість конденсаторів. Діоди D1 - D6 запобігають розряд конденсаторів через навантаження. Ці діоди називаються ізолюючими. Тиристори в цій схемі запускаються в послідовності 12-23-34-45-56-61. Якщо схема переходить зі стану 12 в стан 23, тиристор Т2 продовжує залишатися в провідному стані, отже, тиристор Т2, замикається, а струм продовжує протікати через включений тиристор Т2.

Фаза I. Конденсатор С, заряджений з лівого боку до напруги + ve, а з правого - до напруги -ve. Тиристори Т1 і Т2 запускаються згідно діаграмі 120-градусного режиму роботи. Схема залишається в цьому стані від 0 до 60 °.

Фаза П. В наступний 60-градусний інтервал тиристори Т1 і Т2 повинні знаходитися в провідному стані. Тиристор Т1 запускається починаючи з 60-градусного інтервалу. Тиристор Т1, вимикається коммутирующим напругою. Струм протікає через D1 фазу А і фазу С. Напруга на конденсаторі С, міняє полярність.

Ріс.10б - Фази роботи схеми

Фаза IV. Діод D1 знаходиться в провідному стані до тих пір, поки енергія, запасені на індуктивності навантаження в фазі А, не зменшиться до нуля. Далі струм протікає через тиристори Т2 і Т3 згідно діаграмі управління при 120-градусному режимі роботи інвертора.

Форми фазових струмів трифазного інвертора струму еквівалентні формам фазових напруг трифазного інвертора напруги при 120-градусному режимі роботи.

1.8 Управління вихідною напругою інвертора

Вихідною напругою інвертора потрібно керувати в таких пристроях, як регулятор швидкості, джерела безперебійного живлення та

Керувати вихідною напругою можна трьома способами:

1) регулюванням вхідної напруги інвертора;

2) регулюванням вихідної напруги інвертора;

3) регулюванням вихідної напруги самим інвертором.

Вхідна напруга можна регулювати за допомогою фазоуправляемого перетворювача або комутатора, включеного на вході інвертора. Недоліком фазоуправляемого перетворювача є низький коефіцієнт потужності з боку входу інвертора. Недоліком комутатора постійного струму є високі комутаційні втрати.

Вихідна змінна напруга інвертора можна регулювати за допомогою трансформатора з комутованими відводами від вторинної обмотки. Недоліком комутації відводів є необхідність в обслуговуванні розмикачів.

Регулювання вихідної напруги самим інвертором називається широтно-імпульсною модуляцією. Розрізняють два типи широтно-імпульсних модуляторів:

1) одноразові;

2) багаторазові.

1.8.1 Одноразовий широтно-імпульсний модулятор

Електрична схема інвертора і форми сигналів одноразового широтно-імпульсного модулятора зображені на рис.11. Одноразовий широтно-імпульсний модулятор виробляє один керуючий імпульс за напівперіод циклу перетворення. Вихідна напруга інвертора регулюється за рахунок зміни тривалості керуючого імпульсу в кожному напівперіод циклу перетворення. Епюри керуючих імпульсів одноразового широтно-імпульсного модулятора зображені на Ріс.11б. На виході інвертора присутня напруга, тільки якщо транзистори Т1 і Т2 (або) Т3 і Т4 знаходяться в провідному стані одночасно.

Рис.11 - а) Схема мостового інвертора;

б) Форми сигналів широтно-імпульсного модулятора

1.8.2 Багаторазовий широтно-імпульсний модулятор

Багаторазовий широтно-імпульсний модулятор виробляє серію керуючих імпульсів за напівперіод циклу перетворення. Існують два типи багаторазових широтно-імпульсний модуляторів: а) широтно-імпульсний модулятор з рівними длительностями керуючих імпульсів і б) синусоїдальний широтно-імпульсний модулятор.

Широтно-імпульсний модулятор з рівними длительностями керуючих імпульсів

Форми сигналів симетричного широтно-імпульсного модулятора або широтно-імпульсного модулятора з рівними длительностями керуючих імпульсів зображені на рис.12. Припустимо, що V1-напруга трикутної форми, Vc - керуюча напруга і Vo - вихідна напруга компаратора

У схемі управління опорна напруга високої частоти VT (трикутної форми) порівнюється з напругою управління Vc. Вихідна напруга компаратора Vo високе, коли більше Vc, і низька, якщо Кт менше Vc. Таким чином, вихідна напруга компаратора являє собою послідовність імпульсів. Сформовані таким чином імпульси можна використовувати для управління потужними транзисторами. Якщо в инверторе використовуються тиристори (інвертор Мак-Мюррея), основний тиристор запускається переднім фронтом імпульсу, а допоміжний тиристор - заднім. Таким чином, багаторазовий широтно-імпульсний модулятор виробляє серію керуючих імпульсів за напівперіод циклу перетворення. Гармонійні складові в вихідній напрузі такого інвертора будуть набагато менше, ніж в инвертор з одноразовим широтно-імпульсним модулятором.

Синусоїдальний широтно-імпульсний модулятор

Форми сигналів синусоїдальної широтно-імпульсного модулятора зображені на ріс.12б. У цій схемі напруга трикутної форми порівнюється з синусоїдальним керуючим напругою. Вхідні напруги компаратора Vc і VT. Вихідна напруга компаратора високе, коли величина синусоїдальної керуючого напруги більше, ніж величина напруги трикутної форми. Ставлення величини керуючого напруги до величини напруги трикутної форми визначається як коефіцієнт модуляції. Слід зауважити, що вихідна напруга компаратора являє собою послідовність імпульсів нерівній тривалості. Протягом напівперіоду циклу перетворення тривалість центрального імпульсу максимальна, а тривалість крайніх імпульсів зменшується. Тривалість імпульсів змінюється синусоидально. Цей тип широтно-імпульсного модулятора називається асиметричним, так як тривалості його керуючих імпульсів нерівні. Гармонійні складові в вихідній напрузі такого інвертора будуть менше, ніж в инвертор з симетричним широтно-імпульсним модулятором.

1.9 Управління гармонійними складовими (управління формою напруги)

Форми вихідних напруг інверторів можуть бути прямокутними, квазіпрямоугольнимі, трикутними або у вигляді шестиступінчастих послідовностей імпульсів. У вихідній напрузі містяться основна гармоніка і її вищі компоненти. Якщо інвертор використовується в якості джерела живлення асинхронного електродвигуна, вищі гармоніки напруги живлення вносять втрати у вигляді додаткового виділення тепла. Наприклад, п'ята гармоніка живить електродвигун напруги виробляє крутний момент в протилежному напрямку по відношенню до основного моменту, що крутить. Тому переважно мінімізувати коефіцієнт гармонік в вихідному напрузі. Методи зменшення гармонік наступні:

комутація проміжних відводів в трансформаторі;

підключення навантаження через трансформатор;

використання фільтрів;

використання широтно-імпульсної модуляції.

1.9.1 Комутація проміжних відводів в трансформаторі

Електрична схема інвертора з комутацією проміжних відводів в трансформаторі зображена на рис.13. Схема цього інвертора схожа на схему паралельного інвертора. Коли один з тиристорів зліва знаходиться в провідному стані, вихідна напруга інвертора-позитивних, якщо ж один з тиристорів справа знаходиться в провідному стані, вихідна напруга - негативне. Коли тиристор 1 запускається, напруга джерела живлення прикладається до половини первинної обмотки трансформатора. Вихідна напруга інвертора в цьому випадку мінімальна, оскільки відношення «вольт / виток» мінімальне.

Рис.13 - Електрична схема інвертора з комутацією проміжних відводів в трансформаторі

В наступний момент часу запускається тиристор 2, а тиристор 1 вимикається. Ставлення «вольт / виток» збільшується, і вихідна напруга інвертора також збільшується. Після запуску тиристора 3 тиристор 2 вимикається, вихідна напруга інвертора стає максимальним. Для отримання двенадцатіступенчатой ​​форми вихідної напруги тиристори повинні запускатися в послідовності 1-2-3-2-1-1А-2А-ЗА-2А-1А. Недоліком цієї схеми є складність запуску і коммутирования тиристорів.

1.9.2 Підключення через трансформатор

Схема компенсації гармонійних складових за допомогою двох трансформаторів зображена на ріс.13б. Вихідна напруга в цій схемі є векторної сумою вихідних напруг двох інверторів. Цей метод застосовується для компенсації конкретної гармонійної складової в вихідній напрузі (виборче усунення гармонік). Вторинні обмотки цих двох трансформаторів включені послідовно таким чином, щоб V1 + V2 = Vo. Запуск тиристорів другого інвертора запізнюється на кут θ по відношення до запуску тиристорів першого інвертора. Форма вихідної напруги V0 може бути отримана підсумовуванням напруг V1 і V2. Форма вихідної напруги являє собою 120-градусні квазіпрямоугольние імпульси. На ріс.13в показані векторні діаграми основних і третє гармонік вихідної напруги інверторів при вугіллі запізненні 0 = 60 °.

Ріс.13г - Використання фільтрів

Деяка частина гармонік все ж проходить через однозвенной LC-фільтр в навантаження. Істотно поліпшити фільтрацію гармонік можна за допомогою використання багатоланкових LC-фільтрів. Розмір індуктивності фільтра можна зменшити, підключивши його до вторинної обмотки понижувального трансформатора.

Якщо інвертор працює на фіксованій частоті, можна використовувати послідовний резонансний LС-фільтр. Значеннях і С вибираються так, щоб їх власна резонансна частота фільтра дорівнювала вихідний частоті інвертора. Фільтр і навантажувальний опір працюють як послідовний нізкодобротного резонансний контур. Електричний струм в такому колі знаходиться в фазі з вихідним напругою, тому напруга навантажувального опору синусоидально. Застосування реактивних фільтрів переважно для високочастотних пристроїв.

2 Інверторні джерела живлення для дугового зварювання

2.1 Початок розвитку і впровадження у виробництво інверторних джерел живлення

У новому столітті безперечним лідером у виробництві зварювальної техніки стають інверторні джерела живлення. При їх застосуванні втрати електроенергії знижуються до 10 разів, матеріаломісткість обладнання - до 10-12 разів, а ПР джерела підвищується до 80-100%. Зменшуються розміри і маса зварювальних апаратів. Основною перевагою инверторной техніки є її мобільність, що дозволяє використовувати подібні агрегати при виконанні монтажних робіт в стаціонарних та польових умовах.

У 1905 р австрійський професор Розенберг розробив спеціальний зварювальний генератор поперечного поля, у якого з ростом зварювального струму змінювалося напруга дуги. Це був, мабуть, один з найперших кроків у розвитку регульованих джерел живлення.

У 1907 р на заводі Lincoln Electric був випущений генератор із змінним напругою. Через 20 років російський вчений В. П. Нікітін отримав патент на перший у світі однокорпусний комбінований трансформатор-регулятор для дугового зварювання.

На початку 50-х рр. з'явилися напівпровідникові селенові діоди. Це дозволило розробникам створити зварювальні випрямлячі, що складаються з трансформатора і випрямного діодного блоку.

Пізніше, в 70-і рр. з появою силових кремнієвих тиристорів стало можливо плавно змінювати зварювальний струм і вихідні ВАХ зварювальних апаратів не за рахунок трансформатора, а на основі зворотних зв'язків і фазової регулювання кута включення тиристорів.

У 1977 р на ринку зварювального обладнання з'явилося джерело живлення Hiiark-250 фінської фірми Kemppi, зібраний на базі "швидкісних тиристорів", що забезпечили перетворення постійного струму в змінний з частотою 2-3 кГц. Це стало початком розвитку інверторних джерел живлення в зварювальної техніки.

У звичайних випрямлячах трансформатор працює на мережевий частоті 50 Гц. Підвищення частоти до 2 кГц і більше дозволило істотно зменшити масу і габаритні розміри зварювального інвертора. Якщо у звичайних зварювальних випрямлячів ставлення зварювального струму до одиниці маси близько 1-1,5 А / кг, то у інверторів на "швидкісних тиристорах" цей показник дорівнює 4-5 А / кг.

Сенс инвертирования полягає в поетапному перетворенні енергії. Напругу мережеве напруга випрямляється на діодному містку, потім перетворюється в змінну високочастотну в блоці інвертора і знижується в трансформаторі до робочого зварювального. А вихідний випрямляч перетворює змінну напругу в постійне. Весь процес регулюється за рахунок зворотних зв'язків блоком управління, який забезпечує необхідні характеристики зварювального струму.

Інвертори також відрізняються низькою пульсацією випрямленого струму, високою швидкістю регулювання, можливістю отримання різноманітних ВАХ і високим (до 90%) ККД.

Порівняльні характеристики інверторних зварювальних апаратів наведені в таблиці № 1.

Класичним прикладом тиристорного інвертора є зварювальний універсальне джерело живлення LUA-400 фірми ESAB. Шість різних ВАХ дозволяють використовувати його при зварюванні у вуглекислому газі, ручного дугового, аргонодугового та зварюванні алюмінієвим дротом пульсуючою дугою.

З появою модульних біполярних транзисторів з ізольованим затвором (IGBT) зварювальні трансформатори стали працювати на частоті до 20 кГц. При цьому відношення зварювального струму до одиниці маси джерела живлення підвищилося вдвічі. На базі IGBT-транзисторів стали випускати маленькі побутові джерела живлення для ручного дугового зварювання, а також імпульснодуговой і механізованого зварювання в захисних газах, плазмового різання.

Наступна стадія розвитку зварювальних інверторів пов'язана з появою в 90-х рр. польових МОП-транзисторів серії MOSFET. Частота за рахунок силових польових транзисторів підвищилася до декількох десятків кілогерц. На їх базі фірма ESAB стала випускати установки для ручного дугового зварювання Power lnvert-315 з частотою 24 кГц і малогабаритні джерела Caddi-130, 140 і 200. Подальший розвиток инверторной техніки пішло по шляху вдосконалення MOSFET-транзисторів. Випущений тією ж фірмою джерело Caddi-250 масою 11 кг працює на частоті 49 кГц.

У 2001 р в Ессені фірма Kemppi продемонструвала малогабаритні переносні зварювальні інвертори Minarc-110 і 140 масою 4,2 кг і робочою частотою 80 кГц. При довжині електрокабеля до 50 м переносний Minarc -ідеальний апарат для роботи у важкодоступних місцях. Він призначений для використання різнотипних електродів і має особливий зносостійкий корпус.

Сучасні інвертори lnvertec-140 і 160 американської фірми Lincoln Electric - це апарати зі спеціальною схемою стабілізації живлення для надійної роботи від автономних генераторів потужності. При аргонодугового зварюванні підпал дуги здійснюється методом точкового торкання.

На жаль, слід визнати, що вітчизняні виробники зварювальної техніки набагато відстали від світового рівня розвитку інверторних джерел в зв'язку із загальним спадом економіки за останні 10 років. І все-таки, загальна тенденція зберігається. Російські виробники також пропонують інверторні джерела.

Серед них зварювальні випрямлячі серії "Форсаж" Державного Рязанського приладового заводу. Ці установки призначені для зварювання низьковуглецевих, низьколегованих і корозійностійких сталей. Вони мають плавне регулювання зварювального струму, забезпечені вентилятором і захистом від перегріву. Діапазон зварювального струму від 40 до 315 А, маса 6,7-12,5 кг.

Зварювальний інверторний апарат "Торус-200" призначений для дугового зварювання постійним струмом. Незважаючи на маленький розмір (115х185х280 мм) і масу близько 5 кг, діапазон зварювального струму у нього 40-200 А. Цей порівняно недорогий джерело може працювати від побутової мережі будинку, на присадибних ділянках, в гаражах і т. Д.

В даний час кращими серед зварювальних апаратів інверторного типу визнані самі малогабаритні в світі серії ВМЕ, розроблені в ТОВ НВЦ "ПромЕл-2000" (виробник ВАТ "Машинобудівний завод" Прогрес ", Астрахань). Вони удостоєні Золотої медалі Міжнародного салону інновацій та інвестицій (Москва , 2002 г.), а також безлічі дипломів міжнародних і регіональних виставок.

Таблиця № 1

Таблиця № 2

Таблиця № 3

ТОВ НВЦ "ПромЕл-2000" вже три роки працює на російському ринку. За цей час розроблено і запущено в серійне виробництво малогабаритні інверторні зварювальні апарати, технічні характеристики яких наведені в таблиці № 2.

Розроблено та впроваджено у виробництво також малогабаритні гальванічні джерела живлення інверторного типу (таблиця № 3).

Малогабаритні зварювальні апарати серії ВМЕ на основі високочастотних транзисторних інверторів призначені для високоякісного ручного дугового зварювання покритими електродами діаметром 1,6-6 мм струмом прямої та зворотної полярності. Апарати забезпечують легкий підпал, стійке горіння і еластичність дуги, мінімальне розбризкування металу, надійність і високу якість зварних швів, зварювання більшості вуглецевих, легованих і корозійностійких сталей. Їх застосування гарантує безпеку роботи згідно з міжнародними нормами IEC 974.

Відповідаючи за основними параметрами зварювання аналогічним зарубіжним виробам таких провідних виробників, як Telwin, Fronius, EWM, апарати серії ВМЕ мають менші масу і габаритні розміри, високу тривалість включення і значно меншу вартість.

Силові джерела живлення для зварювання і надалі будуть удосконалюватися, що розширить їх функціональні можливості.

2.2 Особливості роботи зварювальних інверторів від автономних джерел живлення

Останнім часом зростає застосування автономних установок, обладнаних зварювальними постами - пересувних ремонтних майстерень, аварійних машин і т. П. У них на шасі встановлена ​​коробка відбору потужності з генератором або дизель-генератор і різні споживачі, в тому числі зварювальні пости. Нерідко перевага віддається інверторним зварювальних апаратів через їх порівняно високого ККД (10-15 кВт при струмі зварювання до 250 А) і невеликих габаритних розмірах і маси. На жаль, виробники подібних машин часто обмежуються підбором генератора і зварювальних джерел виходячи тільки з потужних характеристик, що призводить до виходу з ладу зварювальних апаратів, а нерідко і самих генераторів.

При роботі зварювальних інверторів від автономних джерел живлення необхідно враховувати особливості і тих, і інших. Так, при індуктивному навантаженні (зварювальний трансформатор) зовнішня характеристика синхронного генератора має різко падає характер, причому зі зменшенням cosφ падіння напруги посилюється (рис 14, криві 1, 2). При активно-ємнісний навантаження (зварювальний інвертор) cosφ випереджаюче і з ростом споживаного струму напруга зростає тим сильніше, чим менше cosφ (див рис 14, криві 4, 5). При U = 0 (коротке замикання) все характеристики перетинаються в одній точці, що відповідає значенню струму трифазного короткого замикання.

Оскільки в основному характер споживаного струму активно-індуктивний, виробники генераторів вводять додаткову позитивний зворотний зв'язок по току для компенсації падіння напруги на навантаженні, тес зростанням струму в навантаженні генератор підвищує напругу.

Інверторні джерела мають ємнісний характер навантаження, тому з ростом струму напруга зростає, а наявність позитивного зворотного зв'язку за струмом призводить до ще більшого зростання напруги. Результатом може бути вихід з ладу інвертора або самого генератора через перенапруг.

Структурна схема типового инверторного зварювального джерела наведена на рис 15. Трифазне напруга випрямляється випрямлячем В і згладжується ємнісним фільтром Сф. Інвертор І перетворює постійну напругу в змінну підвищеної частоти, яке знижується трансформатором і випрямляється випрямлячем В і далі через індуктивний фільтр Сф надходить в навантаження RH.

На рис. 16 наведені осцилограми лінійної напруги на вході звичайного инверторного джерела (струм зварювання 150 А) при харчуванні від синхронного генератора АД-30 потужністю 30 кВт. Ємність конденсатора фільтра Сф дорівнює 40 мкФ. Видно, що крива лінійної напруги має значні спотворення, а амплітуда перевищує 700 В. Зменшення ємності фільтра в 4 рази знижує амплітуду лінійної напруги до 610 В, але в кривою споживаного струму з'являється високочастотна складова, яка дорівнює частоті инвертирования, що небажано.

Рис.14 - Зовнішні характеристики синхронного генератора

Рис.15 - Структурна схема инверторного зварювального джерела

Рис.16 - Лінійна напруга генератора АД-30: 1 холостий хід, 2-прі харчуванні звичайного інвертора

З ростом споживаного струму зростає значення напруги генератора, причому збільшення напруги залежить від співвідношення споживаної і номінальною потужностей генератора. Так, при харчуванні чотирьох звичайних зварювальних інверторів з сумарною споживаною потужністю 34 кВт від генератора БГ-100 воно склало 10 В, а при харчуванні такого ж числа інверторів від генератора БГ -60 - 40 В. При цьому амплітудне значення лінійної напруги зросла від 540 до 696 В. Застосування генератора БГ-30 забезпечує нормальну роботу тільки одного звичайного инверторного джерела без проведення додаткових заходів.

Саме з цієї причини багато виробників інверторних джерел вказують, що сумарна споживана потужність не повинна бути більше 50% номінальної потужності автономного генератора. Це обумовлює необхідність або замовляти генератори з коректорами напруги, адаптованими для роботи з активно-ємнісний навантаженням, або використовувати серійно випускаються генератори з подвійним запасом потужності, або пристосовувати інвертори для забезпечення нормальної роботи. У першому випадку потрібно чимало часу, в другому - виникають невиправдані витрати. Нижче наведені варіанти вирішення цієї проблеми.

Зниження напруги холостого ходу генератора з 380 до 350-360 В і підвищення частоти до 52 Гц дозволяють забезпечити нормальну роботу джерел. Наприклад, при харчуванні чотирьох джерел з споживаної потужністю по 12-15 кВт від генератора БГ-60 лінійна напруга зростає до 380 В. Це рішення прийнятно для генераторів потужністю від 60 кВт, але не завжди підходить для генераторів меншої потужності.

Включення додаткового навантаження у вигляді сушильних шаф потужністю 4 кВт знижує збільшення напруги на 4 В при живленні від генератора БГ-100, а при харчуванні від генератора БГ -60 - на 74 В. При цьому краще мати на кожен зварювальний пост свою електропіч, а роботу організувати так, щоб електроенергія споживалася від генератора безперервно, коли вимикання терморегулятором однієї електропечі супроводжувалося б включенням іншого. Такий спосіб дещо обмежений у застосуванні.

Включення послідовно в кожен мережевий провід індуктивності і збільшення ємності Сф дозволяє забезпечити роботу двох джерел зі споживанням 12-15 кВт від генератора потужністю 30 кВт. Такий варіант вирішення вимагає додаткових фільтрів і втручання в електричну схему зварювального джерела.

Для усунення спотворень напруги генератора і зменшення високочастотних гармонійних складових необхідне введення радіофільтра і згладжують конденсаторів відповідно до рекомендацій заводу-виготовлювача генератора і роботи.

Рис.17 - Лінійна напруга генератора БГ-30: 1 - холостий хід, 2-прі харчуванні ДС 250.33

Використання в инвертор LC-фільтра замість ємнісного сприятливо позначається на роботі генератора дозволяє виключити перенапруження і повністю використовувати потужність.

Інверторний джерело ДС 250 33 для зварювання покритими електродами призначений для роботи у важких трасових умовах, забезпечений вбудованими LC-фільтрами і адаптований для роботи від автономних генераторів. На рис 17 наведені осцилограми лінійної напруги генератора БГ-30 при харчуванні від нього двох джерел ДС 250 33 Видно, що перенапруги відсутні.

2.3 Інверторний апарат ДС 250.33 для зварювання покритими електродами

В НПП "ТЕХНОТРОН" розроблений новий апарат ДС 250.33 для зварювання покритими електродами.

15-річний досвід виробництва і експлуатації інверторних зварювальних апаратів, освоєння нових виробничих технологій і елементної бази з урахуванням сучасних світових тенденцій розвитку зварювального обладнання, а також досвід передових компаній послужили основою для створення инверторного апарату нового покоління.

Головними вимогами при розробці апарату були надійність роботи джерела, високий ПВ, простота експлуатації, широкий температурний діапазон роботи, можливість роботи від автономних джерел живлення, хороша ремонтопридатність.

Корпус апарату виконаний з литих алюмінієвих панелей, що забезпечують жорсткість каркаса. Порошкове фарбування панелей і стінок оберігає поверхню від корозії і дрібних пошкоджень. Виступаючі на 15 мм панелі захищають органи управління від випадкових ушкоджень.

При розробці органів управління і відпрацювання режимів розробники зіткнулися з суперечністю: одна частина споживачів зварювального обладнання хотіла б мати максимум функцій в апараті, в тому числі і імпульсний режим роботи, зручний при зварюванні тонких деталей або в стельовому положенні; інша, не менш значна частина - тільки необхідний мінімум ручок і регулювань. Завдання було вирішена наступним чином. У базовому варіанті (рис.18, а) є регулювання струму зварювання і "форсування" дуги. Крім того, можна відключити "гарячий старт" і вибрати нахил ВАХ.

При необхідності в джерело вставляється блок імпульсного режиму (замість заглушки), в якому передбачені регулювання струму пауза, часу імпульсу і паузи. Час зняття - установки блоку 1 хв (рис.18, б).

Новий апарат ДС 250.33 має наступні переваги: ​​в плавне регулювання зварювального струму в діапазоні від 25 до 250 А, точність завдання струму - до 1 А, контролюється цифровим індикатором.

Таблиця № 4. Технічні характеристики апарату ДС 250.33

Дистанційне керування зварювальним струмом,

Цифрову індикацію параметрів зварювання струму зварювання (А) і ступеня "форсування дуги" (в відносних одиницях);

Знижена напруга холостого ходу 12В,

Систему "гарячого старту", що забезпечує легке збудження зварювальної дуги;

Пристрій "антістік", що захищає від прилипання електрода;

Можливість регулювання "форсування" зварювальної дуги, що визначає поведінку зварювального струму в момент зменшення і замикання дугового проміжку (рис.19), зменшення "форсування" знижує розбризкування металу, а збільшення - зменшує ймовірність "прилипання" електрода, збільшує проплавление і тиск дуги;

Можливість вибору нахилу ВАХ (0,4 або 1,25 В / А), дозволяє управляти перенесенням металу в залежності від конкретних умов зварювання і типу електрода, що особливо важливо при зварюванні целюлозними електродами;

Автоматичне відключення при перегріві, зниженій напрузі і відсутності однієї з фаз живлячої напруги;

Заданий ток підтримується незалежно від коливань напруги мережі;

У високу вихідну напругу дозволяє вести зварювання при сумарній довжині кабелів до 100 м;

Можлива поставка з блоком імпульсного режиму (виконання 01) В цьому випадку цифровий індикатор відображає значення струму паузи (А), часу протікання струму імпульсу і струму паузи (с). Імпульсний режим роботи полегшує ведення процесу в різних просторових положеннях, зварювання деталей малої товщини і знижує вимоги до кваліфікації зварника, наприклад при зварюванні вертикальних і стельових швів. Управління тепловою потужністю дуги дозволяє регулювати в широких межах глибину проплавлення і швидкість кристалізації металу шва при зварюванні труб і металоконструкцій в будь-якому просторовому положенні. Під час імпульсу струму потужність дуги наростає, відповідно збільшується кількість розплавленого електродного та основного металів. Зниження потужності дуги під час паузи сприяє прискореної кристалізації рідкого металу зварювальної ванни з одночасним зниженням кількості основного і електродного металів. Використовуючи імпульсний режим, можна забезпечити необхідну проплавляющей здатність дуги без небезпеки прожогов і отримати більшу кількість наплавленого металу в одиницю часу. При цьому спрощується технологія однопрохідної зварювання і виконання кореневих проходів при багатошаровому зварюванні труб і металоконструкцій без підкладок навіть при великих допуски на складання, підвищується ефективність процесу зварювання і поліпшується формування швів. Плавне обрис і дрібна чешуйчатость

швів відповідають обраному режиму пульсації дуги.

Харчування джерела здійснюється від стаціонарної трифазної мережі напругою 380 В (50 Гц). Можливі коливання напруги -15 / + 10% (від 320 до 420 В) і коливання частоти -5 / + 15 Гц (від 45 до 65 Гц). Ккд джерела близько 85%.

Передбачено харчування джерела від генератора (в складі пересувних машин). При цьому апарат споживає не більше 12 кВ А на максимальному струмі (250 А). І якщо при харчуванні від стаціонарної мережі це означає просто економію електроенергії, то при харчуванні від дизель-генератора суттєву перевагу в кількості постів.

Можливе використання двох апаратів при харчуванні від генератора потужністю 30 кВт і чотирьох-п'яти апаратів - від генератора на 60 кВт.

Харчування звичайного инверторного джерела від генератора має деякі особливості.

Рис.19 - ВАХ джерела при слабкому (1) і сильному (2) "форсуванні" зварювальної дуги

Більшість генераторів розраховане на активно-індуктивне навантаження, при якій з ростом споживання напруга живлення падає. Тому виробники встановлюють на генераторі коректор напруги, який створює позитивний зворотний зв'язок по току, компенсуючи падіння напруги на навантаженні. Звичайний побутовий джерело має ємнісний характер споживання, тому з ростом навантаження напруга на генераторі зростає, а наявність коректора напруги призводить до ще більшого його зростання. Результатом може бути вихід з ладу і інвертора, і самого генератора від перенапруг. Щоб уникнути цього, доводиться знижувати напругу холостого ходу генератора, використовувати його не на повну потужність або ставити додаткові фільтри.

Апарат ДС 250 33 повністю позбавлений зазначених недоліків. Вбудований LC-фільтр забезпечує харчування джерела від генератора. Апарат адаптований до роботи з будь-яким генератором, що забезпечує необхідні напругу, частоту і потужність.

Джерела використовуються в складі пересувних ремонтних майстерень на базі автомобілів "КамАЗ" "УРАЛ", тракторів ДТ-75 ТТ-4М і ТДТ-55А. При цьому апарат ДС 250 33 комплектується набором амортизаторів, силовими кабелями і дистанційним керуванням на 25м. Можливо подовження кабелів до 50 м (сумарна довжина 100 м).

Конструктивно внутрішнє оснащення джерела елементами виконано за принципом "труби", через яку повітря проходить вентилятором. Дном і бічними стінами служать відповідно "труби", дно і бічні стінки джерела верхня ж стінка є "гребінку" радіатора. На радіаторі у верхній частині джерела знаходяться силові елементи і система управління в нижній частині всередині "труби" силовий трансформатор вихідний дросель і інші елементи. Таким чином джерело як би розділений на дві частини. Така компоновка дає явні переваги, по-перше різко зростає інтенсивність охолодження радіаторів по-друге, пил, яка, з огляду на можливі місця використання джерела, може мати і металеву становить не потрапляє у верхню частину джерела, де знаходиться найбільш чутлива до неї система управління.

Апарат має мікропроцесорне управління. Електронні плати зібрані за технологією поверхневого монтажу, мають захисну маску і покриті подвійним шаром лаку. Всі елементи розраховані на температурний діапазон роботи від -40 до 40 ° С.

Електронні плати не вимагають додаткової настройки мають швидкороз'ємні з'єднання і можуть бути замінені протягом 30 хв.

Апарати проходять періодичні випробування в камері тепла і холоду при температурі від -40 до 40 ° С на вібростенді, стенді радіоперешкод і при харчуванні дизель-генератора потужністю 30 кВт. Перед відправкою споживачеві все апарати випробовують на полігоні.

Інверторний апарат ДС 250 33 для зварювання покритими електродами призначений для роботи в цехових і трасових умовах при харчуванні як від стаціонарної мережі, так і від генератора. Він поєднує в собі сучасні досягнення в області техніки і технології зварювання з простотою і зручністю експлуатації.

2.4 Універсальний зварювальний інверторний джерело загального призначення Invertec V300-1

У вітчизняному зварювальному виробництві давно існує потреба в надійному інверторному джерелі на ток 300 А. При цьому з точки зору споживчих властивостей (маси, мінімуму пульсацій, відсутність неприємного звуку) це повинен бути високочастотний, тобто транзисторний інвертор. Основними недоліками випускаються в даний час машин такого класу є низька ПВ і недостатній діапазон робочих температур. Це в поєднанні з високою ціною стримує масово застосування інверторних джерел.

Сьогодні на російському ринку з'явилася машина без зазначених недоліків, що враховує всі тонкощі експлуатації зварювального устаткування на російських підприємствах.

Інверторний джерело живлення Invertec V300-1 є базовим для цілої серії інверторів фірми The Lincoln Electric Company і призначений для ручного дугового зварювання штучним електродом, аргонодуговой не плавиться,, механізованої суцільний або порошковим дротом. Основні технічні характеристики машини наведені в таблиці №5.

Таблиця № 5

В основі конструкції лежить транзисторний інвертор з частотою перетворення 20 кГц. Висока частота дозволяє виключити характерне для джерел такого роду неприємне звучання, особливо на великих токах, а також дає виключно гладку вихідну характеристику і великі можливості для управління основними зварювальними параметрами струмом (падаюча характеристика) або напругою (жорстка).

Установку режимів і параметрів зварювання виконують за допомогою органів управління, розташованих на передній панелі джерела (рис 20).

Тип використовуваного процесу встановлюють за допомогою п'ятипозиційного перемикача:

1. GTAW - аргонодуговая зварювання неплавким електродом. Дозволяє легко порушувати дугу шляхом торкання електродом вироби або за допомогою високочастотного пристрою.

2 СС SOFT - крутопадаючих характеристика, "м'яка" дуга. Рекомендується для ручного дугового зварювання електродами з основним покриттям типу ЕХХ18-ЕХХ28 по AWS;

3. СС CRISP - пологопадающих характеристика, "жорстка" дуга. Використовується для ручного дугового зварювання електродами з целюлозним покриттям типу ЕХХ10-ЕХХ14 по AWS. Даний режим можна також застосовувати для розігріву вироби електричним струмом і виконання тесту працездатності апарату подачею активних навантажень.

5. CV GMAW - жорстка характеристика Застосовується при механізованому зварюванні суцільним дротом в захисному газі. Зварювання можна вести в режимах перенесення металу серіями в процесі коротких замикань, а також краплинного або струминного переносу. При зварювальному напрузі нижче 16 В зварювання суцільним дротом в захисному газі рекомендується виконувати в режимі CV FCAW.

Регулювання вихідної потужності у всьому діапазоні забезпечує плавний регулятор Задані значення напруги або струму (в залежності від обраного режиму) индицируются на рідкокристалічному дисплеї. Під час зварювання дисплей показує реальні значення струму або напруги, вимірювані на вихідних клемах джерела. Для вибору на дисплеї параметра досить встановити в потрібне положення спеціальний тумблер, розташований поруч з індикатором для установки правильної полярності вимірюваної напруги використовують двопозиційний перемикач, розташований на задній стінці корпусу машини.

Джерело оснащений спеціальним регулятором форсування дуги або індуктивності зварювального контуру Arc Fcrce / Inductance Control (рис.21), який застосовують у всіх зазначених зварювальних процесах за винятком аргонодугового зварювання вольфрамовим електродом (GTAW). При крутопадающей вольт-амперної характеристики регулятор змінює струм короткого замикання, керуючи ступенем активності зварювальної дуги в момент закорочення дугового проміжку. Дуга стає "м'якої" при установці регулятора на мінімальні значення за відносної шкалою. При максимальних значеннях тиск проплавления) дуги збільшується, вона стає більш рухомий. При цьому збільшується розбризкування.

Рис.20 - Панель управління джерела Invertec V300-1

При зварюванні порошковим дротом рекомендується встановлювати регулятор в положення, відповідне максимуму. Для зварювання суцільним дротом в СО2 або суміші газів з великим вмістом СО2 на шкалі встановлюють одне зі значень верхньої половини діапазону. При використанні в якості захисного середовища суміші інертних газів рекомендується перша половина шкали.

Джерело має можливість дистанційного керування шляхом подачі напруги на вихідні термінали і регулювання вихідної потужності за допомогою двох двохпозиційних перемикачів установки режиму дистанційного керування. Один з них керує подачею напруги на вихідні клеми джерела. При цьому можливі два положення: на клемах постійно присутній потенціал (ручна дугова зварювання штучними електродами, аргонодуговая зварювання вольфрамовим електродом, повітряна стругання) і потенціал подається на клеми тільки при натисканні кнопки на пальнику (механізоване зварювання).

Інший тумблер вибирає режим регулювання вихідної потужності, управління якою може відбуватися або за допомогою регулятора, встановленого безпосередньо на джерелі, або зі спеціального пульта дистанційного керування Довжина стандартних кабелів пульта дистанційного керування становить 7,6 або 30,2 м. Допускається паралельна робота двох джерел для збільшення вихідної потужності.

Така різноманітність режимів і функцій передбачає використання джерела живлення lnvertecV300-1 з великою кількістю додаткового обладнання. Далі розглядаються приклади найбільш поширеного застосування джерела.

Аргонодуговая зварювання неплавким електродом. Для використання разом з джерелом розроблений спеціальний блок DC TIG Starter, що кріпиться під джерелом і збільшує його висоту на 20 см. При цьому повністю зберігається легкість і зручність при перенесенні. Блок забезпечує наступні функції: високочастотний старт дуги без торкання електродом деталі; управління подачею інертного газу, фіксовану попередню подачу і програмовану затримку відключення газу; регулювання спаду струму при заварці кратера; вибір двох або четирехшагового зварювального циклу.

Механізоване зварювання в цехових умовах. Джерело живлення Invertec V300-1 забезпечує використання практично всіх подають пристроїв виробництва The Lincoln Electric Companv. Також можливе підключення механізмів, що подають, що працюють на змінному струмі при 42 або 115 В. Діапазон струму, рівний 5-350 А, дозволяє використовувати дріт діаметром 0,6-1,6 мм е функція управління індуктивністю - точно підлаштувати зварювальну систему для конкретного застосування.

Рис.21 - а) жорсткі вихідні характеристики при різному положенні регулятора Inductance Control; б) падаючі вихідні характеристики при різному положенні регулятора Arc Force.

Механізоване зварювання в монтажних умовах. Для цього рекомендується застосовувати подающіі механізм LN-25, який не вимагає кабелю керування та живлення, а працює при включенні в зварювальну ланцюг. Комплект Invertec V300-1 / LN-25 зарекомендував себе при використанні на відкритих будівельних майданчиках, стапелях, при проведенні ремонтних робіт на відкритому повітрі, т е скрізь, де потрібна максимальна мобільність і транспортабельність.

Механізоване зварювання кольорових металів і складних сталей. Спеціальний блок MIG Pulser дозволяє застосовувати джерело живлення Invertec V300-1 для імпульсної зварювання. Блок включається в ланцюг кабелю управління між джерелом і механізмом, що подає. Діапазон частотного регулювання 20-300 Гц. Допускається роздільна установка базового і пікового струму. Застосування блоку дозволяє виконувати імпульсну зварювання алюмінію і корозійностійкої сталі з високою якістю. Для зварювання алюмінію, особливо в монтажних умовах, рекомендується використовувати в комплекті з джерелом живлення Invertec V300-1 спеціалізований напівавтомат COBRAMATIC, обладнаний системою пальників Push-Pull. Ця система дозволяє використовувати пальники з шлангами довжиною до 15 м для подачі алюмінієвого дроту діаметром 0,8-1,6 мм. При цьому можливе зварювання алюмінієвих конструкцій практично будь-яких форм і розмірів.

Сварка трубопроводів в польових умовах.

При використанні спеціалізованого полуавтомата LN-23P можна застосовувати джерело Invertec V300-1 для якісного й високопродуктивного зварю, труб комбінованим методом штучний електрод + порошкова самозахисна дріт. Схема використання комплекту: кореневої шов виконують штучним електродом з основним (Lincoln 16P) або целюлозним (Eleetweld 5P +) покриттям. Гарячий заповнює і облицювальний проходи виконують порошкової самозахисного дротом (Innershiek NR-207 або NR-208H). У зв'язку з тим, що вихідні зварювальні характеристики джерела не залежить від коливань частоти вхідної напруги а також з огляду на низьку споживану потужність, можна одночасно використовувати кілька апаратів при харчуванні їх від дизель-генераторів змінного струмі на 220 або 380 В. Застосуванню даного обладнання, сприяють також його малі маса і габаритні розміри, можливість роботи при температурі -40 - 40 ° С і висока ступінь захисту від впливу навколишнього середовища.

2.5 Зварювальні інверторні апарати MOS 138E,

MOS Г68Е, MOS 170E

Зварювальний струм - постійний. Зварювання різних матеріалів як на прямій, так і на зворотній полярності;

TIG - для зварювання сталі, неіржавіючої сталі, міді, нікелю товщиною від 0,5 мм;

Функція «Гарячий старт» - для полегшення первинного порушення зварювальної дуги;

Функція «Анти-липкий» допомагає уникнути перегрівання електрода, захищаючи його металургійні властивості;

Функція «ARC FORCE» - стабілізація зварювальної дуги;

Захист від перегріву;

Устаткування для дугового TIG зварювання (вольфрам, інертні газ), що її готують за технологією INVERTER дає можливість з'єднувати металеві деталі плавленням. Це позволяв робити нероз'ємні з'єднання під дією виділяється теплоти при розряді між кінцем електрода основним матеріалом зварювання.

Таким чином, металеві частини з'єднуються розплавом. Нова електронна технологія дозволяє виготовляти обладнання, яке відрізняється особливими властивостями: меншою вагою і малим споживаним струмом. Технічні характеристики апаратів наведені в таблиці №6.

Таблиця № 6

2.6 Інверторний зварювальний апарат POWER MAN

Зварювальні апарати інверторного типу є найбільш сучасними і технічно складними джерелами зварювального струму. На відміну від зварювальних трансформаторів і випрямлячів у інверторів відсутня силовий трансформатор. Працюють вони в такий спосіб. Напруга однофазної мережі промислової частоти перетвориться вхідним випрямлячем у постійну напругу. Ця напруга в свою чергу перетворюється за допомогою інвертора (дуже складного електронного пристрою) в змінну підвищеної частоти, яке потім надходить на понижуючий високочастотний трансформатор. Вторинна обмотка трансформатора навантажена на діодний випрямляч, до виходу якого через згладжує дросель підключені електрод і виріб.

Апарат виконаний в металевому корпусі, зручному для його перенесення. На лицьовій панелі апарату розміщені органи управління і індикації, силові роз'єми для підключення робочих кабелів. На задній панелі розташований вентилятор для примусового охолодження електронних схем і силових блоків апарату і автомат включення. Технічні характеристики наведені в таблиці №7.

Таблиця №7

У деяких апаратах моделей 230А, 250А, 300А значення Imax може бути менше на 5% від значення зазначеного в таблиці.

Комплектація:

У комплект поставки входить:

інвертор,

інструкція,

комплект кабельних з'єднувачів,

ремінь через плече (крім моделей 250А, 300А)

POWER MAN - компактний, легкий, економічний інверторний зварювальний апарат для ручного дугового зварювання штучними електродами (ММА), може бути використаний для зварки неплавким електродом в середовищі захисного газу при контактному збудженні дуги (TIG). Апарати серії POWER MAN призначені для промислового використання і в побутових цілях. Невеликі габарити і вага апарату дозволяють зварнику вільно переміщатися по всій площі виконуваних робіт, що робить роботу з ним простий і зручною. Апарати можуть експлуатуватися при температурі навколишнього повітря в діапазоні від мінус 20 ° С до плюс 40 ° С і відносній вологості до 80% при 25 ° С і більш низьких температурах без конденсації вологи. Конденсація може утворюватися в наступних випадках:

якщо апарат внесений в тепле приміщення з холоду (не використовуйте

апарат протягом 2 годин);

якщо навколишня температура різко знизилася;

якщо апарат був перенесений з більш прохолодного приміщення в більш тепле і вологе.

Рис.22 - схема підключення.

бібліографічний список

1. Рама Р.С. Основи силової електроніки / Рама Р.С. : Перев. з англ. Масалова В.В. - Москва: Техносфера, 2006. - 288.:іл. - (Світ електроніки);

2. Готтліб І.М. Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори / І.М. Готтліб; перев. з англ .: А.Л. Ларіна, С.А. Лужанського, - Москва .: Постмаркет, 2000., - 552с .: іл. - (Б-ка сучасної електроніки);

3. Малешін В.І. Транзисторна перетворювальна техніка / В.І. Мелешин, - Москва .: Техносфера, 2005, - 632с .: іл. - (Світ електроніки);

4. Миронов С. Інверторні джерела живлення для дугового зварювання // Зварювальне виробництво. 2003. № 4. Стор. 41-43 .;

5. Гецкін О.Б., Кудрі І.В., Яров В.М. Особливості роботи зварювальних інверторів від автономних джерел живлення // Зварювальне виробництво. 2004. № 4. Стор. 53-55 .;

6. Гецкін О.Б., Кудрі І.В., Яров В.М. Інверторний апарат ДС 250.33 для зварювання покритими електродами // Зварювальне виробництво. 2004. № 2. Стор. 19-21 .;

7. Іоффе Ю.Є., Можайський В.А. Універсальний зварювальний інверторний джерело загального призначення Invertec V300-1 // Зварювальне виробництво. 1998. № 1. Стор. 44-46 .;

8. Паспортні дані деяких інверторних зварювальних апаратів наявних у продажу магазину «ІнтерСварка».

Принцип дії випрямляча з інвертором

Схема випрямляча з двотактним транзисторним інвертором (рис. 1) найбільш зручна для пояснення процесу інвертування. Вхідний випрямний блок VI перетворює змінну напругу мережі в постійне, яке згладжується за допомогою фільтра низьких частот L1, С1. Потім випрямлена напруга u нд перетворюється в однофазне змінну u 1 високої частоти за допомогою інвертора на двох транзисторах VТ1 і VТ2. Далі напруга знижується трансформатором Т до u 2, випрямляється блоком вентилів V2, проходить через високочастотний фільтр L2, С2 і подається на дугу у вигляді згладженого напруги і в.

Детальніше розглянемо процес інвертування. При подачі сигналу на базу транзистора VТ1 відмикається його колекторна ланцюг, і по первинній обмотці трансформатора Т в інтервалі часу t 1 протікає струм в напрямку, показаному тонкою лінією. При знятті сигналу з бази цей струм припиняється. З деякою затримкою відмикається транзистор VТ2, при цьому в інтервалі часу t 2 ток по трансформатору йде вже в іншому напрямку, показаному пунктиром. Таким чином, по первинної обмотці трансформатора йде змінний струм. тривалість його

Ріс.1- Випрямляч з транзисторним інвертором

періоду Т і частота змінного струму f = 1 / Т залежать від частоти запуску транзисторів, яка визначається системою управління. Зазвичай частота встановлюється на рівні 1-100 кГц. Оскільки ця частота не залежить від частоти мережі, такий інвертор називають автономним. Іноді інвертор конструктивно об'єднують з трансформатором Т, випрямним блоком V2 і фільтром L2-С2. Такий пристрій називають конвертором, у нього на виході, як і на вході, постійна напруга, але менші за розміром.

Якщо на вході інвертора встановлений потужний накопичувальний конденсатор С1, то напруга інвертора і 1 має прямокутну форму, як показано на рис. 1, б. Таку конструкцію називають автономним інвертором напруги (АІН). Навпаки, якщо на вході інвертора встановити потужний дросель L1, а обмотку трансформатора Т шунтировать конденсатором, то згладжений буде вже вхідний струм. Такий перетворювач називається інвертором струму (RTA). Нарешті, можлива конструкція, в якій завдяки наявності послідовно з'єднаних індуктивності і ємності утворюється коливальний контур з синусоїдальним струмом, вона названа резонансним інвертором (АІР).

Інвертор - це пристрій, що перетворює постійну напругу в високочастотне змінне. Конвертор - пристрій для зниження або збільшення постійної напруги, іноді з проміжним високочастотним ланкою.

З появою інверторних джерел простіші неінверторние стали називати конвенціональними, т. Е. Традиційними.

Регулювання режиму зварювання здійснюється декількома способами. Наприклад, якщо вхідний випрямляючий блок виконати тиристорним, то при збільшенні напруги U вс збільшується і амплітуд високочастотного напруги U 2 і середнє значення U в випрямленої напруги (рис. 2, а):

Можливо також регулювання зміною частоти імпульсів (рис. 2,6):

Але найбільшого поширення набув спосіб широтно-імпульсного регулювання (рис.2, в):

оскільки при постійній частоті полегшується вибір параметрів вихідного фільтра, а також знижується спектр електромагнітних завад, які легше усунути вхідним фільтром.

Ріс.2- Осцилограми при регулюванні напруги зміною амплітуди (а), частоти (б) і ширини (в) імпульсів

У випрямлячі з інвертором використовується амплітудне, частотне і широтне регулювання режиму.

Зовнішні характеристики випрямляча з інвертором залежать головним чином від конструктивних особливостей інвертора і трансформатора (рис.3, а). Природна зовнішня характеристика власне інвертора АІН майже жорстка (лінія 1). Але оскільки індуктивний опір трансформатора Хт, пропорційну частоті инвертирования f, велике навіть при невеликому магнітному розсіянні, то характеристика випрямляча в цілому виходить падаючої (лінія 3). Зазвичай же зовнішні характеристики формуються штучно за допомогою системи управління. Наприклад, для отримання крутопадающих характеристик вводиться негативний зворотний зв'язок по току, при якій зі збільшенням зварювального струму частота інвертування знижується, що призводить до зменшення випрямленої напруги (лінія 2):

Мал. 3 - Зовнішні характеристики випрямлячів з інвертором

Подібним же чином для отримання жорстких характеристик вводиться зворотній зв'язок по випрямлення напруги:

У випрямлячі з інвертором порівняно легко отримати комбіновану зовнішню характеристику (ріс.3,6), сформовану з декількох ділянок. Крутопадающими ділянку 1 необхідний для завдання порівняно високої напруги холостого ходу, що корисно при запалюванні дуги. Пологопадающих основна ділянка 2 забезпечує ефективне саморегулювання при механізованому зварюванні у вуглекислому газі. Вертикальний ділянку 3 обмежує зварювальний струм, що запобіжить пропал при зварюванні тонкого металу. Остання ділянка 4 задає величину струму короткого замикання. Зрозуміло, положення кожної ділянки налаштовується за допомогою окремих регуляторів. Так, під час зварювання у вуглекислому газі переміщенням по вертикалі ділянки 2 регулюється зварювальне напруга, а при зварюванні покритими електродами переміщенням ділянки 3 встановлюється сила струму.

Природні зовнішні характеристики випрямляча залежать від конструкції інвертора і трансформатора. Штучні характеристики формуються за допомогою зворотних зв'язків по струму і напрузі.

Зварювальні властивості випрямлячів з інвертором, як правило, краще, ніж у конвенціональних джерел, і пояснюється це високою швидкодією інвертора. Якщо у неінверторних однофазного випрямляча тривалість перехідного процесу складає не менше напівперіоду стандартного змінного струму, тобто близько 0,01 с, то у випрямляча з інвертором швидкодію характеризується значеннями 0,0005 с і менше. При механізованому зварюванні у вуглекислому газі такої випрямляч здатний забезпечити складний алгоритм зміни струму з метою управління перенесенням електродного металу при тривалості окремих етапів циклу близько 1 мс. Високі динамічні властивості випрямляча з інвертором проявляються і в разі програмного управління процесом ручного дугового зварювання, наприклад по циклограмме. У цьому випадку легко забезпечується гарячий пуск на початку зварювання, швидкий перехід від одного з заздалегідь налаштованих режимів до іншого при попеременной зварюванні то нижніх, то вертикальних швів, зварювання пульсуючим дугою з регульованою формою імпульсу ІТ. д.

Переваги та недоліки випрямляча з інвертором тісно пов'язані один з одним. Тут енергія зазнає принаймні чотири ступені перетворення. Проте, такий випрямляч економічний і вельми перспективний. Справа в тому, що сердечник високочастотного трансформатора має дуже малі перетин і масу. Оскільки маса пов'язана з частотою співвідношенням т ≡ 1 /, то зазвичай сердечник важить в десятки разів менше, ніж сердечник трансформатора на 50 Гц. В цілому випрямляч також має чудові масо-енергетичні характеристики: 0,02-0,1 кг на 1 А зварювального струму і 1-4 кг на 1 кВт споживаної потужності, т. Е. Важить в 5-15 разів менше за інших випрямлячів. І все ж випрямляч з інвертором дорожче конвенціональних джерел, тому його рекомендують використовувати в тих випадках, де мають значення малі маса і габарити - при зварюванні на монтажі, в побуті, на ремонтних роботах. В експлуатації таке джерело надзвичайно економічний. Його коефіцієнт потужності близький до 1, ККД не нижче 0,7, а іноді досягає 0,9. Головний недолік випрямляча з інвертором полягає в надмірній складності пристрою і пов'язаних з цим низьких надійності і ремонтопридатності. Специфічним недоліком є ​​також підвищений шум, видаваний високочастотним трансформатором, вихідним фільтром і дугою. Радикальний спосіб боротьби з шумом полягає в підвищенні робочої частоти понад 20 кГц, що виводить акустичний ефект за межі чутного звуку.

Контрольні питання і завдання:

1. Переваги та недоліки інверторних джерел живлення

2. Призначення і пристрій інверторних джерел живлення

3. Порядок роботи на інверторних джерелах живлення

Головна » Інструменти і обладнання » Інверторний зварювальний апарат. Досвід ремонту і розрахунок електромагнітних елементів. Схема, опис