Источники постоянного тока
Пост аргонно-дуговой сварки на постоянном токе можно собрать по схеме рис. 6.2 на основе источника общепромышленного назначения. Для этих целей пригодны выпрямители для ручной сварки с крутопадающей характеристикой, например, серии ВД, или тиристорные выпрямители серии ВДУ. Кроме того, необходимы осциллятор или возбудитель, дополненные фильтром высокой частоты. Однако более эффективно использование комплектных специализированных источников, описываемых ниже.
Для питания установок механизированной и ручной электродуговой сварки непрерывной и импульсной дугой неплавящимся вольфрамовым электродом жаропрочных, нержавеющих сталей и титановых сплавов в аргоне предназначены источники питания типа ВСВУ.
Одной из последних разработок выпрямителей этого типа, получившей широкое распространение, является выпрямитель ВСВУ-400.
Выпрямитель ВСВУ-400 отличается от предыдущих конструкций серии ВСВУ более современной элементной базой электронных блоков управления, что дало возможность избавиться от специального водоохлаждаемого измерительного элемента, повысить надежность, управляемость и диапазон регулирования параметров. Упрощенная принципиальная схема выпрямителя показана на рис. 6.13.
Схема включает силовой трансформатор Т1 с дополнительными обмотками источника возбуждения. В источник возбуждения входят дроссель L1...L3 и маломощный выпрямитель VD1...VD6. К основным вторичным обмоткам силового трансформатора подключен тиристорный выпрямитель VS1...VS6, на выходе, которого имеется сглаживающий дроссель L4. Тиристоры и силовые элементы схемы охлаждаются двумя вентиляторами М1 и М2. Внешняя характеристика источника складывается из характеристики дополнительного и основного источников возбуждения.
Управление выпрямителем осуществляется электронной схемой, размещенной на семи платах блока управления, показанного в виде блок-схемы в нижней правой части рис. 6.13.
На каждой плате блока размещен один функциональный элемент схемы. Такими элементами являются субблок логики БЛ, усилитель У, модулятор М, три формирователя импульсов ФИ (по числу пар силовых тиристоров) и генератор импульсов ГИ.
Включение, отключение и управление током сварки может производиться от дистанционного выносного пульта управления при включенном выключателе на лицевой панели источника «Внешнее управление». В случае местного управления регулирование тока осуществляется дискретным переключателем регулятора тока сварки на источнике, а запуск с пульта управления. Ток дежурной дуги регулируется дискретным переключателем на лицевой панели источника. Все остальные регулировки, указанные в перечне основных технических параметров, выполняются соответствующими потенциометрами, расположенными также на лицевой панели источника.
Выпрямитель снабжается осциллятором типа ОСППЗ-300М-1, конструкция которого рассматривалась ранее.
Рис. 6.13. Схема выпрямителя ВСВУ-400
При подключении выпрямителя ВСВУ-400 к сети загорается сигнальная лампа Н1 (рис. 6.13). После включения автомата защиты сети от коротких замыканий S1 и нажатия кнопки S3 «Управление включено» срабатывает реле К1, подготавливая к включению магнитный пускатель К2 и включаются вентиляторы М1 и М2. О срабатывании реле К1 сигнализирует лампа Н2. При поступлении команды с выносного пульта в блок логики подключаются входные цепи оптронных тиристоров V1 и V2 и срабатывает магнитный пускатель К2, подключая сварочный трансформатор. Появляется напряжение холостого хода вспомогательного выпрямителя зажигания. Одновременно блок логики включает входные цепи оптронов V3 и V4 и начинает работать осциллятор. Возбуждается сварочная дуга, появляется ток и срабатывает реле тока КЗ. Осциллятор отключается, на тиристоры V1...V6 подаются управляющие импульсы, и начинается плавное нарастание тока от тока возбуждения (около 5 А) до установленного регулятором значения. Время нарастания регулируется резистором на лицевой панели выпрямителя. Если дуга не возбудилась, то через несколько секунд (регулируется в блоке логики) магнитный пускатель К2 отключается.
Если сварка будет производиться в импульсном режиме, то перед включением выпрямителя переключатель вида режимов работы устанавливается в положение «Импульсный режим». Требуемая длительность импульса и паузы, а также величина токов импульса и паузы (в паузе действует ток дежурной дуги) устанавливаются соответствующими переключателями на передней панели источника. Требуемая длительность переднего фронта импульса устанавливается нажатием одной из клавиш регулятора с обозначением ТФР.
По окончании сварки после подачи сигнала на отключение ток плавно снижается до минимального (тока возбуждения), и затем пускатель К2 отключается. Таким образом, происходит заварка кратера. Плавное снижение тока осуществляется за два этапа. Сначала ток снижается от значения тока сварки до величины, соответствующей установке (положению) регулятора дежурного тока. Затем происходит снижение тока до минимального значения.
Во время работы выпрямителя формирователи импульсов ФИ1...ФИЗ осуществляют импульсно-фазовое управление тиристорами. Управление производится по вертикальному принципу, заключающемуся в сравнении синхронизированного с сетью пилообразного напряжения с управляющим напряжением постоянного тока. В рассматриваемой схеме для синхронизации пилообразного напряжения в ФИ использованы логические элементы, обеспечивающие импульсы при низких значениях входного выпрямленного напряжения сети. Пилообразное напряжение Uг сравнивается с заданным U3 и подается на пороговое устройство. При Uг = U3 пороговое устройство срабатывает, в результате чего формируется импульс напряжения, который дифференцируется, усиливается и подается на управляющие электроды тиристоров.
Соединяя импульсы соседних каналов в порядке чередования фаз трехфазного напряжения с помощью логических элементов схемы, на каждый тиристор через оптроны гальванической развязки подается пара импульсов, раздвинутых на 60 электрических градусов с периодом в 360°. Таким образом, обеспечивается управление тиристорным выпрямителем во всех диапазонах углов управления.
Для задания тока выпрямителя, плавного нарастания и спада дежурного тока при возбуждении дуги и заварке кратера соответственно, регулирования крутизны фронта импульса предназначен модулятор блока управления М. Схема модулятора построена на операционных усилителях и осуществляет взаимодействие других элементов блока управления.
Для усиления сигналов рассогласования между заданным и сигналом обратной связи с шунта RS и формирования внешних характеристик источника предназначен усилитель У блока управления. Задание значений тока сварки и дежурной дуги осуществляется в этом блоке цифроаналоговым преобразователем на программных переключателях и резистивных матрицах (наборов резисторов) и передается в модулятор. Усиление сигнала рассогласования производится схемой на операционных усилителях.
Генератор импульсов (ГИ) служит для обеспечения импульсного режима работы выпрямителя. Генератор представляет собой делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления, построенный на двоично-десятичных счетчиках в интегральном исполнении. Задающий генератор схемы работает с частотой сети и обеспечивает дискретность времени импульса и паузы в 0,02 с.
Передачу команд при работе источника и логические операции осуществляет субблок логики БЛ. Кроме схемы обеспечения всех этапов цикла сварки в субблоке находится устройство плавного нарастания и спада сварочного тока, работающее так же, как и аналогичное устройство для дежурного тока в модуляторе. Работа блока начинается после подачи команды «Пуск» и заканчивается после команды «Стоп» с окончанием времени заварки кратера и отключением пускателя К2.
Установка УДГ-101-У4 предназначена для аргонно-дуговой и плазменной сварки коррозионно-стойких сталей вольфрамовым электродом постоянным током. Установка передвижная, состоит из источника питания, шкафа управления, пульта управления и горелки (рис. 6.14).
Рис. 6.14. Функциональная блок-схема установки УДГ-101
Установка содержит силовой трехфазный трансформатор Тр с нормальным магнитным рассеянием, который имеет жесткую внешнюю вольт-амперную характеристику. Магнитный усилитель А включен во вторичную цепь трансформатора для получения внешних характеристик крутопадающей формы и плавного регулирования сварочного тока в двух диапазонах (ступенях) регулирования. Силовой выпрямительный блок V собран по трехфазной мостовой схеме выпрямления на неуправляемых селеновых вентилях. Линейный дроссель L в цепи выпрямленного тока уменьшает броски тока при возбуждении дуги. Установка заданной величины сварочного тока производится резистором блока задания тока БЗТ, включенным в цепь управления магнитного усилителя А.
Для возбуждения дуги в установке имеется осциллятор параллельного включения О, для заварки кратера – блок регулирования спада сварочного тока РССТ, для изменения полярности сварочного тока – переключатель полярности S.
Установка оборудована ножной педальной кнопкой включения сварочного тока, амперметром, вольтметром, газовым клапаном, ниппелями для подключения воды и газа. Подача аргона начинается за 1...2 с до начала сварки и прекращается через 10 с после ее окончания. Пульт дистанционного управления может находиться на расстоянии 10 м от шкафа. На пульте установлены резисторы для регулирования сварочного тока и времени заварки кратера, переключатель диапазонов сварочного тока, кнопки проверки работы газового клапана и осциллятора. В комплект установки входит водоохлаждаемая горелка со сменными цангами для электродов диаметрами от 0,5 до 2 мм.
Для сварки в среде защитных газов постоянным током разработаны также инверторные установки, в частности установка УДГ-350-УХЛ-4 (рис. 6.15).
Рис. 6.15. Упрощенная схема установки УДГ-350 УХЛ4
Она предназначена для аргонно-дуговой сварки как непрерывной, так и пульсирующей дугой. В ее состав входят автоматический выключатель QF, сетевой фильтр С1-С6, L1-L3, сетевой выпрямительный блок VD, сглаживающий дроссель L4 и четыре транзисторных инверторных модуля A1-A4. Каждый инверторный модуль в свою очередь собран из 10 транзисторов по ранее описанной (разд. 4.1) однотактной полумостовой схеме. В составе каждого модуля имеются собственный высокочастотный трансформатор и выпрямительный блок с фильтром. Благодаря этому повышается надежность работы источника, поскольку после выхода из строя одного из модулей установка продолжает работать, хотя и при меньшем токе. Частота инвертора достигает 16 кГц. Внешние крутопадающие характеристики сформированы за счет обратной связи по току, установка обеспечивает плавное регулирование тока с высокой кратностью, а также плавное нарастание тока и заварку кратера. Предусмотрена индикация работоспособности отдельных узлов, что облегчает пусконаладочные работы. Подобное устройство имеют установки УДГ-1601 и УДГ-2504, а также выпрямитель ВДЧИ-252.
Многопостовые системы питания аргонно-дуговой сварки комплектуются транзисторными постовыми устройствами УДГ-201 (рис. 6.16).
С шинами многопостового выпрямителя устройство соединяется с помощью пакетного выключателя Q и защитного диода VD11. Из-за малой мощности используемых транзисторов силовая часть устройства собрана из 10 транзисторных модулей А1-А10. Каждый модуль состоит из транзистора VT, дросселя L и обратного диода VD и управляет током по принципу широтно-импульсного регулирования (рис. 6.16, б). В открытом состоянии транзистора VT в течение интервала tоткр идет нарастание тока, при закрытом транзисторе в интервале tзакр ток поддерживается индуктивностью L с помощью обратного диода VD. При высокой частоте переключений (до 1000 Гц) колебания тока оказываются незначительными. Предусмотрено контактное зажигание дуги при малом начальном токе (10–12 А). После отрыва электрода от изделия ток постепенно нарастает до настроенного значения. Имеется возможность плавного снижения тока при заварке кратера и регулируемой задержки выключения газа в конце сварки. Устройство может использоваться и для сварки пульсирующей дугой.
а)
б)
Рис. 6.16. Силовая часть схемы (а) и осциллограмма (б) устройства УДГ-201 УХЛ4
Источники ТИР-ВЧ-160 и ТИР-ВЧ-250 имеют в своем составе тиристорный инвертор и предназначены для аргоно-дуговой сварки как в непрерывном, так и импульсном режимах. Источник ТИР-ВЧ-250 может также использоваться для сварки покрытым электродом и механизированной сварки в активных газах.
Установка УДГ-161 представляет собой тиристорный выпрямитель, она может работать в импульсном режиме. Зажигание дуги выполняется контактным способом при пониженном токе. Установку можно использовать для пуска автомобильного двигателя и зарядки аккумуляторных батарей.
Для бытового использования рекомендуется простейшая установка УДГ-82. В ее состав входят однофазный трансформатор с разнесенными обмотками и витковым регулированием на 12 ступеней, диодный выпрямитель и газовый клапан. Она комплектуется возбудителем ВСД-82, но может работать и без него. В последнем случае дуга возбуждается коротким замыканием.