Источники с полупроводниковыми коммутаторами

В транзисторном источнике (рис. 6.43) сетевое напряжение понижается трансформатором с нормальным рассеянием Т и выпрямляется неуправляемым вентильным блоком VD1 подобно тому, как это делается в сварочном выпрямителе общепромышленного назначения. Но в отличие от последнего для управления импульсным током источник дополняется коммутатором, состоящим из силового транзистора VТ, токоограничивающего дросселя L и обратного диода VD2.

Система управления А1 задает режим работы транзистора. В ее составе имеется коммутатор задания КЗ, с помощью которого последовательно вводятся заданные значения Iзт сварочного тока: базового I_бmin и I_бmax и импульсного I_иmin и I_иmax. В устройстве сравнения СУ заданное значение I_зт сопоставляется с фактическим сварочным током I_д, измеренным датчиком тока RS. В схему совпадения И, кроме разностного сигнала k (I_зт–I_д), подаются также от генератора ГИ импульсы U_ги, параметры которых устанавливаются заранее: t_б – длительность базового тока, t_и – длительность импульсного тока, Т – период следования импульсов. При совпадении во времени положительного сигнала k(I_зт–I_д) и импульса U_ги на выходе схемы И возникают импульсы U_c, которые через усилитель У подаются на базу силового транзистора VТ.

В описанной схеме транзистор работает в режиме ключа (рис. 6.43, б). Поэтому в начальный момент t₀ при подаче на его базу сигнала от системы управления транзистор быстро приходит в состояние насыщения. По дуге идет базовый ток (не путать с током базы транзистора). Скорость его нарастания зависит от величины индуктивности дросселя L. К моменту t₁ базовый ток достигает значения I_бmax, поэтому разностный сигнал К (I_зт–I_д) сменит знак, в результате чего напряжение U_с исчезнет и транзистор VТ выключится. Однако сварочный ток не прекращается, поскольку его поддерживает дроссель L, возвращая через обратный диод VD2 энергию, накопленную в интервале t₀–t₁. Спад тока продолжается до момента t₂, к которому он снизится до I_бmin после чего снова включается транзистор.

Рис. 6.43. Источник с транзисторным коммутатором: а – упрощенная принципиальная схема, б – осциллограмма импульсного тока

Такой процесс будет повторяться в течение всего интервала базового тока t_б. Среднее значение базового тока I_б назначается на уровне, необходимом для плавления электрода, но недостаточном для сбрасывания капли, т.е. ниже критического тока I_кр. По истечении времени t_б ток будет поддерживаться уже на более высоком уровне импульсного тока I_и, превышающем I_кр. Длительность импульса подбирается малой (около 1 мс), так чтобы гарантировать сбрасывание капли на спаде тока в интервале t₉–t₁₀, где капля действием импульса почти не ускоряется и поэтому переносится без расплескивания ванны.

При транзисторном регулировании возможно обеспечение еще и третьего (низшего) уровня тока – тока паузы I_п, необходимого для поддержания устойчивого горения дуги. Длительность интервала следования импульсов Т (или частота импульсов f_И = 1 / Т) регулируется плавно и в широком диапазоне.

Реализация принципа «один импульс на каплю» возможна только при точной и согласованной настройке всех перечисленных параметров: I_б, I_и, t_б, t_и, Т, что становится затруднительным при частой смене режима. По этой причине рационально ввести управление процессом с помощью математической модели или, по терминологии иностранных авторов, синергетическое, т.е. одновременное управление несколькими параметрами с целью достижения максимального совместного эффекта. Модель устанавливает оптимальное соотношение между параметрами, обеспечивающее при высокой производительности мелкокапельный перенос и хорошее формирование шва. Для организации синергетического управления система дополняется микропроцессорным устройством А2 (рис. 6.43, а). Сварщику достаточно указать независимые исходные данные процесса: толщину δ и марку свариваемого металла, диаметр dэ электродной проволоки и род защитного газа. Аналого-цифровой преобразователь АЦП преобразует аналоговую форму исходных параметров в дискретную и передаст их в микропроцессор МП для обработки. Хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве ПЗУ уравнения модели будут использоваться микропроцессором для расчета оптимальных величин параметров импульсного режима. Эти величины с помощью цифроаналогового преобразователя ЦАП примут форму напряжений, которые используются в качестве заданных значений в системе управления А1 транзисторного источника. Программное устройство ПУ может обеспечивать резкое увеличение тока в начале сварки для надежного зажигания дуги и плавное снижение тока в конце для заварки кратера. Разумеется, синергетическое управление не исключает возможности ручной коррекции режима сварщиком.

Кроме описанной жесткой системы управления, благодаря высокому быстродействию транзисторного регулятора, проектируются и гибкие системы прямого дозирования тепловой энергии. С этой целью в систему управления с датчика RS подается сигнал, пропорциональный текущему значению сварочного тока I_д. С помощью интегрирующего устройства по соотношению определяется количество тепловой энергии, вложенное в очередную каплю, и по достижении этой величиной заданного значения выполняется переключение транзисторного регулятора.

Источники с тиристорными коммутаторами имеют более сложную схему, но более надежны в работе. Источник И-169 содержит две параллельные цепи – базового и импульсного тока, обеспечивает плавное и независимое регулирование всех параметров импульсного режима, имеет три уровня тока, подобно рис. 6.43, б.

Технические характеристики некоторых импульсных источников приведены в табл. 32.

Таблица 32

Технические характеристики источников для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом

Параметры	Марка источника
	И-169	ИУП-1	ВДГИ-302 У3
Номинальный ток, А Первичное напряжение, В Номинальная мощность, кВ·А Напряжение холостого хода, В Продолжительность нагрузки ПН или включения ПВ, % Пределы регулирования базового тока, А Пределы регулирования импульсного тока, А Длительность импульса, мс Частота импульсов, Гц Габаритные размеры, мм Масса, кг Изготовитель	315 380 - - - 50–100 450–800 1,5–5 30–300 - - - - -	315 380 - 0-60 60 60–350 0–800 0–6 50, 100 600 500 1600 490 -	315 380 17,5 45 60 50–315 300–750 1,5–5 50, 100 720 593 938 250 СЭЛМА