Экзаменационный билет №21
Источники питания сварочной дуги. Сварочный инвертор
В комплект оборудования для электродуговой сварки входят источники питания переменного (сварочные трансформаторы, агрегаты) или постоян-ного тока (выпрямители, преобразователи, специализированные источники постоянного тока), блок управления сварочным процессом, устройства и приспособления для механической подачи присадочного материала и сварочного инструмента в процессе сварки.
Сварочные трансформаторы преобразуют переменное сетевое напряжение (380 В) в переменное пониженное (40...80 В) - необходимое для сварки. Это наиболее простые в изготовлении и неприхотливые при эксплуатации источники, нашедшие широкое применение в промышленности. Дуга переменного тока менее устойчива, чем постоянного, но она не отклоняется под воздействием магнитных полей и ферро-магнитных масс.
Сварочные генераторы являются источниками постоянного тока, который, по сравнению с переменным, обеспечивает более устойчивое горение дуги. Чтобы привести генератор в работу, его якорю (ротору) необходимо сообщить вращательное движение. Это осуществляется с помощью двигателей переменного тока или двигателей внутреннего сгорания. Комбинация сварочного генератора с двигателем переменного тока называется сварочным преобразователем, а с двигателем внутреннего сгорания - сварочным агрегатом. Последние используются в основном для сварки в монтажных или полевых условиях, где отсутствуют электрические сети.
Если источник предназначен для питания одной дуги, то его называют однопостовым, а если от него питаются несколько дуг — «многопостовым».
2.3. Инверторные источники питания [1,3]
В начале 80-х годов финская фирма «Кемпи» начала произво-дить инверторные источники питания дуги. В них, с помощью транзисторов, сетевое напряжение частотой 50 Гц после выпрямления преобразовывается в высокочастотное. Высокая частота позволяет заменить железный сердечник сварочного трансформатора на ферритовый, что уменьшает массу выпрямителя в ≈10 раз. До середины 90-х годов инверторные источники выпускались неболь-шой мощности (до 160 А). В середине 90-х годов появилось новое поколение, так называемых, полевых транзисторов, способных выдерживать большие токи. Это позволило приступить к выпуску промышленных инверторов на токи до 300…500 А.
Основным отличием инверторных источников питания от традиционных сварочных выпрямителей является наличие в его конструкции специальных устройств – инверторов.
Инверторы – это устройства, которые преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока с заданной формой импульсов, частотой, амплитудой и выходным напряжением.
На практике в сварочных источниках питания наиболее часто применяются однофазные инверторы. Частота переменного тока инвертора f = 1/Т, где Т – длительность его периода, ограничивается динамическими характеристиками применяемых электронных элементов. Она задается устройством (блоком) управления и устанавливается обычно 1…60 кГц.
С повышением частоты напряжения питания сварочной дуги при прочих равных условиях уменьшаются размеры и масса трансфо-рматора, а также увеличивается индуктивное сопротивление его обмоток. Поскольку частота на выходе инвертора не зависит от частоты питающей сети, то такой инвертор называют автономным.
Инверторный сварочный аппарат ИН – 200ИУ2. Аппарат выполнен в металлическом корпусе (рис. 2.5), с воздушной принуди
а – с лицевой стороны; б – с задней стороны
тельной системой охлаждения полупроводниковых элементов. На лицевой панели имеются регулятор величины сварочного тока 1, световая сигнализация 2, 3, выходные разъёмы для подсоединения сварочных проводов 4. На задней панели имеются автоматический выключатель 6 и выход питающего кабеля 7. Входной выпрямитель Ввх преобразует переменное напряжение сети 220 В (~ 50 Гц) в постоянное (рис. 2.6). Инвертор Ин на четырёх транзисторах преобразует постоянное напряжение в переменное высокочастотное (~ 50 кГц). Далее напряжение (~ 220 В) понижается высокочастотным трансформатором Тр до сварочного (~ 85 В), выпрямляется выходным выпрямителем Ввых и сглаживается дросселем Др (фильтром) L– C.
Рис. 2. 6. Функциональная схема инверторного сварочного аппарата
Использование ферритового сердечника в инверторном аппарате позволило уменьшить его массу до 8 кг (для сравнения – масса выпрямителя ВД–306 С1 составляет 80 кг).
Кроме снижения массы выпрямителя большая частота транс-формируемого тока приводит к сокращению длительности пере-ходных процессов с 0,02 сек до 0,001 сек, что уменьшает разбрызгивание металла при сварке. Регулировка режима сварки (получение падающей вольт - амперной характеристики и регу-лировка вторичного напряжения) осуществляется путём изменения частоты. Падающая внешняя характеристика обеспечивается сле-дующим образом: с увеличением Iсв автоматически снижается часто-та f, что влечет уменьшение выходного напряжения. Для его стабилизации вводится обратная связь по напряжению: например, при неожиданном уменьшении напряжения на дуге Uд автоматически увеличивается f и напряжение Uд увеличивается до заданного.
Таким образом, воздействие на параметры инвертора позволяет регулировать режим сварки и формировать внешние характеристики выпрямителя.
Сегодня в России сварочные инверторы выпускают несколько предприятий («Технотрон» г. Чебоксары, Рязанский радиозавод и др.). Инверторные сварочные выпрямители относятся к наиболее перспективным и интенсивно развивающимся сварочным источникам питани