»нверторные источники питани€ дл€ электродуговой сварки

 









»Ќ¬≈–“ќ–Ќџ≈ »—“ќ„Ќ» » ѕ»“јЌ»я ƒЋя ЁЋ≈ “–ќƒ”√ќ¬ќ… —¬ј– »



†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††



†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††


—одержание

¬ведениеЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ4

1 »нвертор. (ѕринцип работы, разновидность, область применени€)ЕЕЕ.8†

1.1 ѕоследовательный инверторЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ...8

1.2 ѕараллельный инверторЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.10

1.3 ћостовые инверторыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..13

1.3.1 –езистивна€ нагрузкаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ...13

1.3.2 »ндуктивна€ нагрузкаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..14

1.3.3 ѕолумостовой инвертор с RLC Ц нагрузкойЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..16

1.4† »нвертор ћак-ћюрре€ (инвертирующий преобразователь)ЕЕЕЕЕ.17

1.5† »нвертор ћак-ћюрре€ Ц ЅедфордаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.19

1.6 “рехфазные инверторыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ...21


1.6.1 120-градусный режим работыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.21

1.6.2 -† 180-градусный режим работыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..23

1.7† “рехфазный инвертор токаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ25

1.8† ”правление выходным напр€жением инвертораЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ27

1.8.1 ќднократный широтно-импульсный модул€торЕЕЕЕЕЕЕЕЕ...27

1.8.2† ћногократный широтно-импульсный модул€торЕЕЕЕЕЕЕЕ...29

1.9 ”правление гармоническими составл€ющими

(управление формой напр€жени€)ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..31

1.9.1  оммутаци€ промежуточных отводов в трансформатореЕЕЕ.............31

1.9.2† ѕодключение через трансформаторЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..32

1.9.3. »спользование фильтровЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ....34

2 »нверторные источники питани€ дл€ дуговой сваркиЕЕЕЕЕЕЕЕ...35

2.1 Ќачало развити€ и внедрение в производство инверторных

†источников питани€ ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ35

2.2 ќсобенности работы сварочных инверторов от автономных

†источников питани€ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.41

2.3 »нверторный аппарат ƒ— 250.33 дл€ сварки

покрытыми электродамиЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..47

2.4 ”ниверсальный сварочный инверторный источник общего

назначени€ Invertec V300-1ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..52

2.5 —варочные инверторные аппараты MOS 138E, MOS √68≈,

†MOS 170EЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..59

2.6 »нверторный сварочный аппарат POWER MANЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.61

Ѕиблиографический списокЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ64

¬ведение


Ќаиболее прогрессивен вид нового сварочного оборудовани€, выполн€емого в насто€щее врем€ по инверторной схеме. ¬ большинстве случаев оборудование неразрывно св€зано с конкретным типом проволокоподающего устройства. ¬ наибо≠лее простом варианте это источник, позвол€ющий выполн€ть механизированную сварку плав€щим≠с€ электродом в защитных газах низколегирован≠ных и коррозионно-стойких сталей и алюмини€. »спользуетс€ также при сварке порошковой и самозащитной проволоками. ќсобенностью высокочастотных инверторов €вл€ютс€ высока€ стабильность и качество сварки различных материа≠лов в широком диапазоне толщин с минимальным разбрызгиванием металла. “акое оборудование в р€де случаев обеспечивает высококачественную† сварку и покрытыми электродами со всеми видами покрытий. —варка неплав€щимс€ электродом €вл€етс€ обычно дополнительной функцией. ѕри импульсной сварке плав€щимс€ электродом в смеси газов по€вл€етс€ возможность получени€ импульсов тока различной частоты и формы. ѕри достаточной† технологической† проработке это свойство может улучшить качество сварных со≠единений. Ќапример, введение функции двойного импульса улучшило очистку металла при сварке алюмини€, в результате чего сварной шов форми≠руетс€ того же вида, что и при сварке вольфрамо≠вым электродом.

¬се источники питани€ снабжены цифровыми† диспле€ми, в отдельных применена система "ћинилог", обеспечивающа€ возможность переключени€ двух режимов сварки на сварочной горелке. Ёто важно при разной форме разделки или смене пространственного положени€ шва. ¬ насто€щее врем€ наиболее распространена сварка плав€≠щимс€ электродом конвекционным способом с раздельным регулированием скорости подачи проволоки и сварочного напр€жени€. ¬ то же врем€, значительно расшир€етс€ область применени€ синергетического способа регулировани€ одной кноп≠кой. “акой режим решает проблему установки пра≠вильного соотношени€ подачи проволоки и напр€≠жени€ дл€ каждого вида сварки в зависимости от р€да исходных параметров (диаметра электрод≠ной проволоки, свариваемого материала, вида за≠щитных газов, функции заварки кратера, парамет≠ров импульсной сварки и др.).  онтроль за свар≠кой и все виды регулировани€ осуществл€ютс€ с панели управлени€ или специальных пультов. Ќа≠пример, установка "AnstoMig Universal" фирмы ESAB имеет 200 программ дл€ обычной импульс≠ной сварки. ѕолуавтомат фирмы KEMPPI выполн€≠ет 20 программ. —уществует возможность создани€ собственных программ, необходимых заказчику.

»нверторы дл€ сварки плав€щимс€ электро≠дом выпускает р€д фирм (во многих из них реа≠лизованы решени€ 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 и 520 ј и др.

”ниверсальные транзисторные инверторы на≠чали выпускать —анкт-ѕетербургска€ фирма "‘≈Ѕ" - "ћагма-315" и "ћагма-500" и ќќќ "ѕ“ " -"»нверт-400" (ручна€ сварка, механизированна€ сварка плав€щимс€ электродом, сварка неплав€щимс€ электродом - 400 ј, ѕЌ - 80 %).

»нвертором называетс€ прибор, схема, или система, котора€ создает пе≠ременное напр€жение при подключении источника посто€нного напр€≠жени€. —уществует другой способ определени€: инверси€ - функци€ об≠ратна€ выпр€млению. ¬ыпр€мители преобразуют переменное напр€жение в посто€нное, а инверторы наоборот, превращают посто€нное напр€же≠ние в переменное.†††††††††††††††††††††††††† †††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††

»нверторы совсем не редкие устройства. ѕод другими названи€ми они по€вл€ютс€ в многочисленных приложени€х. »нверторами, конеч≠но, можно назвать и вибропреобразователи, и генераторы с обратной св€≠зью, и релаксационные генераторы. –азве они не превращают посто€н≠ное напр€жение в переменное? ‘актически, использование названий Ђинверторї и Ђгенераторї несколько произвольно. »нвертор может быть генератором, а генератор можно использовать как инвертор. ќбычно предпочитали использовать термин Ђинверторї, когда рабоча€ частота была меньше чем 100 к√ц, и выполн€ема€ им операци€ обеспечивала пе≠ременным напр€жением некоторую другую схему или оборудование. —о≠временные инверторы не имеют ограничений по частоте.

ѕоскольку нет четко установленной границы между инверторами и генераторами, можно сказать, что многие инверторы €вл€ютс€ генерато≠рами специального типа. ƒругие инверторы могут по существу быть уси≠лител€ми или управл€емыми переключател€ми. ¬ыбор термина факти≠чески определ€етс€ тем, как расставлены акценты. —хема создающа€ ра≠диочастотные колебани€ с относительно высокой стабильностью частоты традиционно назвалась генератором. —хему генератора, в которой основ≠ное внимание обращаетс€ на такие параметры как к.п.д., возможность регулировани€ и способность выдерживать перегрузки, и котора€ работа≠ет в диапазоне звуковых или инфразвуковых частот, можно назвать ин≠вертором.

Ќа практике, когда мы рассматриваем конечное назначение схемы, различи€ между инверторами и генераторами, станов€тс€ достаточными очевидными. Ќазначение схемы тут же подскажет нам как более правиль≠но ее называть: генератором или инвертором. ќбычно инвертор приме≠н€етс€ в качестве источника питани€.

»нвертор питаетс€ энергией от источника посто€нного напр€жени€ и выдает переменное напр€жение, а выпр€митель подключен к источнику переменного напр€жени€ и имеет на выходе посто€нное напр€жение. »меетс€ третий вариант - схема или система потребл€ет энергию от ис≠точника посто€нного напр€жени€ и выдает также посто€нное напр€же≠ние в нагрузку. ”стройство, осуществл€ющее эту операцию, называетс€ преобразователем. Ќо не любую схему, имеющую посто€нное напр€жение на входе и посто€нное напр€жение на выходе, можно считать пре≠образователем. Ќапример, потенциометры, делители напр€жени€, и ат≠тенюаторы действительно Ђпреобразуютї один уровень посто€нного на≠пр€жени€ в другой. Ќо их вообще нельз€ назвать преобразовател€ми. «десь в процессе выполнени€ преобразовани€ отсутствует такой элемент как инвертор, вибропреобразователь, или генератор. ƒругими словами, последовательность процессов в насто€щем преобразователе такова: по≠сто€нное напр€жение - переменное напр€жение - посто€нное напр€≠жение. ”добным €вл€етс€ следующее определение преобразовател€: схе≠ма или система, потребл€юща€ и выдающа€ мощность в виде посто€н≠ного напр€жени€, в которой в качестве промежуточного процесса в пе≠редаче энергии используетс€ генерирование переменного напр€жени€ (иногда используетс€ выражение dc-to-dc преобразователь).

ѕрактическое значение определени€ преобразовател€ состоит в том, что преобразователь по существу работает как трансформатор посто€нно≠го напр€жени€. Ёто свойство позвол€ет манипулировать уровн€ми посто≠€нного напр€жени€ и тока также, как это делаетс€ при использовании трансформаторов в системах с переменным напр€жением.  роме того, такой трансформатор-преобразователь обеспечивает изол€цию между входными и выходными цеп€ми. Ёто способствует электрической безо≠пасности и значительно упрощает р€д проблем при проектировании сис≠тем.

–ассмотрим преобразователь с дополнительной операцией. ѕредположим, что полна€ последовательность операций такова: переменное на≠пр€жение, посто€нное напр€жение, переменное напр€жение, посто€нное напр€жение. Ёто означает, что устройство получает энергию от сети пе≠ременного напр€жени€, выпр€мл€ет это напр€жение, инвертирует его в переменное напр€жение, и снова выпр€мл€ет. “аков основной принцип построени€ многих источников питани€. Ќе €вл€етс€ ли это неоправдан≠но избыточным? Ќет, поскольку дл€ выполнени€ инверсии формируемое переменное напр€жение имеет намного более высокую частоту, чем час≠тота сети, что позвол€ет избавитьс€ от массивного и дорогосто€щего трансформатора, рассчитанного на частоту сети. “рансформатор инвер≠тора (работающий на частотах от 20 к√ц до нескольких ћ√ц) бывает очень небольшим и обеспечивает полную изол€цию.

1 »нвертор. (ѕринцип работы, разновидность, область применени€)†

1.1 ѕоследовательный инвертор

Ёлектрическа€ схема, рабочие фазы и формы выходных сигналов последовательного инвертора изображены на рис. 1. “ака€ схема на≠зываетс€ последовательным инвертором, поскольку в ней нагрузочное сопротивление включено последовательно с емкостью. R - †нагрузочное сопротивление, L и - коммутационные элементы. “акой тип ин≠вертора содержит два тиристора. –ассмотрим подробнее фазы работы такой схемы.

‘аза I. “иристор 1 включаетс€ в момент времени to. Ќачинаетс€ зар€д конденсатора от источника питани€. ѕоследовательна€ цепь R, L и формирует синусоидальный ток через нагрузочное сопротивление и выполн€ет функцию демпфирующей цепи.  огда ток в цепи умень≠шаетс€ до нул€, тиристор 1 запираетс€. Ќапр€жение на нагрузочном сопротивлении находитс€ в фазе с током тиристора. ‘ормы напр€жений VL и Vc можно получить с помощью теоремы  ирхгофа: (VL+ Vc = E), величины VL и Vc должны удовлетвор€ть услови€м этого уравнени€.

‘аза II. “иристор 2 не должен включатьс€ сразу после того, как ток через тиристор √, уменьшитс€ до нул€. ƒл€ лучшего запирани€ тиристора 1, к нему необходимо приложить небольшое обратное на≠пр€жение. ≈сли тиристор 2 включаетс€ без запаздывани€, или мертва€ зона отсутствует, напр€жение источника питани€ замыкаетс€ через открытые тиристоры 1 и г.. ≈сли оба тиристора наход€тс€ в закрытом состо€нии, то VR = 0, VL= 0, следовательно, L di/dt = 0 и конденсатор остаетс€ незар€женным.

‘аза III. ¬ момент времени t2 тиристор 2 включаетс€ и инициирует отрицательный полупериод.  онденсатор разр€жаетс€ через L, R и 2. —ледует заметить, что электрический ток через нагрузочное сопротивле≠ние R протекает в противоположном направлении. ¬ момент времени, когда этот ток уменьшаетс€ до нул€, тиристор 2 выключаетс€. ‘ормы напр€жений VL и Vc можно получить с помощью теоремы  ирхгофа: (VL + Vc = 0), величины VL и Vc должны удовлетвор€ть услови€м этого уравнени€.



–ис.1 - ѕоследовательный инвертор:

а) Ёлектрическа€ схема;

б)†††††††† ‘азы работы схемы;

в)†††††††† ‘ормы напр€жений и токов в цеп€х последовательного
инвертора

≈сли тиристор 1 запустить с задержкой на величину мертвого вре≠мени, вышеупом€нутые процессы повтор€тс€.

ѕреимущества:

1. ѕроста€ конструкци€.

2. ¬ыходное напр€жение близко к синусоидальному.

Ќедостатки:

1. »ндуктивность L и конденсатор имеют большие габариты.

2. »сточник питани€ используетс€ только в течение положительного полупериода.

3. ¬ выходном напр€жении имеютс€ высшие гармоники из-за на≠личи€ мертвой зоны.

ѕоследовательный инвертор лучше всего подходит дл€ высокочас≠тотных устройств, так как дл€ требуемых значений 1 и уменьшаютс€ их габариты. ¬рем€ периода дл€ одного цикла составл€ет:

T0=T + 2td. где √ = l/ft и t6 - мертвое врем€.

¬ыходна€ частота последовательного инвертора всегда меньше резонансной частоты вследствие наличи€ мертвой зоны. «начение выходной частоты может варьироватьс€ путем изменени€ мертвого времени.


–ис.1г. -‘орма выходного напр€жени€ последователного инвертора


1.2 ѕараллельный инвертор

Ѕазова€ схема параллельного инвертора изображена на рис.2а.  огда ключ 1 замкнут, помеченные точкой выводы обмоток A, D и — имеют положительный потенциал. ¬ыходное напр€жение - положительное. ¬о второй половине периода ключ 1 размыкаетс€ и замыкаетс€ ключ 2. ѕомеченные точкой выводы обмоток A, D и — имеют отрицательный потенциал и выходное напр€жение - отрицательное.

Ёлектрическа€ схема, рабочие фазы и формы выходных сигналов параллельного инвертора изображены на рис.2. ѕараллельные инвер≠торы примен€ютс€ в низкочастотных устройствах. ¬ них используютс€ трансформатор с отводом из центра первичной обмотки, два тиристора и коммутирующий конденсатор. »сточник питани€ включаетс€ между центральным выводом и общей точкой катодов тиристоров. Ёквива≠лентное нагрузочное сопротивление, пересчитанное в цепь первичной обмотки, подключено параллельно коммутационному конденсатору. —ледовательно, инвертор такого типа €вл€етс€ параллельным.

¬ момент времени t= tx тиристор 1 включаетс€. Ќапр€жение ис≠точника питани€ приложено к обмотке трансформатора ј. —огласно закону самоиндукции такое же напр€жение индуцируетс€ на обмотке трансформатора ¬, но противоположной пол€рности. ѕоскольку обмот≠ки ј и ¬ соединены последовательно, на них будет суммарное напр€≠жение 2≈. Ётим напр€жением конденсатор предварительно зар€жаетс€ до напр€жени€ +2≈.

¬ момент времени t= t2 тиристор 2 включаетс€. ѕол€рность на≠пр€жений на обмотках ј и ¬ мен€етс€ на обратную, к конденсатору, и тем самым к тиристору 1, прикладываетс€ обратное напр€жение, за счет чего тиристор1† выключаетс€. ѕол€рность напр€жени€ на кон≠денсаторе мен€етс€, и он перезар€жаетс€ до напр€жени€ - 2≈. “акже мен€ет на обратное направление ток во вторичной обмотке, то есть через нагрузочное сопротивление протекает переменный ток пр€моугольной формы. ‘орма выходного напр€жени€ аналогична форме напр€жени€ на конденсаторе.




–ис.2 - †а) Ѕазова€ схема параллельного инвертора;

б) ‘азы работы схемы;

в)†††††††† ‘ормы напр€жений и токов в цеп€х параллельного инвертора

Ќедостатки

1.Ќоминальное напр€жение конденсатора должно быть 2≈.

2.“ок источника питани€ не €вл€етс€ чистым посто€нным током.

3. олебани€ тока источника питани€, €вл€ютс€ причиной дополнительного выделени€ тепла в первичной цепи параллельного инвертора.

1.3 ћостовые инверторы

ќднофазный полумостовой инвертор

ќднофазный полумостовой инвертор состоит из двух источников пита≠ни€ и двух коммутаторов. Ќагрузка подключена между общим выводом источников питани€ и общей точкой коммутаторов.

1.3.1 –езистивна€ нагрузка

Ёлектрическа€ схема, рабочие фазы и форма выходного сигнала одно≠фазного полумостового инвертора с резистивной нагрузкой изображены на рис.3. “иристор 1 находитс€ в провод€щем состо€нии в течение периода 0/2 (√0 = 1//о). “иристор 2 включаетс€ в момент времени 0/2 и инициирует отрицательный полупериод тока нагрузки, за счет чего тиристор 1, выключаетс€. ¬ момент времени “о снова включаетс€ тиристор T1 а тиристор 2 выключаетс€. Ётот процесс повтор€етс€, тем самым обеспечиваетс€ непрерывное пр€моугольное напр€жение на нагрузке. Ёто возможно, так как тиристоры T1 и 2 одновременно не запускаютс€.


–ис.3 - а) —хема полумостового инвертора с резистивной нагрузкой;

б) ‘азы работы схемы,

в) ‘орма напр€жени€ и тока полумостового инвертора


1.3.2 »ндуктивна€ нагрузка

ѕринцип действи€ схемы можно объ€снить, рассмотрев четыре фазы ее работы. ƒиоды Dx и D2называютс€ возвратными диодами. »нвертор не может управл€ть индуктивной нагрузкой без возвратных диодов. Ѕез диодов в схеме имеютс€ большие выбросы напр€жени€ при пере≠ключении тиристоров, поскольку нагрузка индуктивна€. Ёти выбросы напр€жени€ могут разрушить тиристоры. Ёлектрическа€ схема, рабочие фазы и форма выходного сигнала однофазного полумостового инвертора с индуктивной нагрузкой изображены на рис.4.


‘аза I. “иристор 1 находитс€ в провод€щем состо€нии, и через нагрузку протекает ток положительного полупериода. “ок через ин≠дуктивную нагрузку линейно увеличиваетс€. ¬ момент времени t= t2 тиристор1† принудительно закрываетс€ за счет изменени€ пол€рности напр€жени€ на нагрузке. Ќаправление тока при этом сохран€етс€.


–ис.4 - а) —хема полумостового инвертора с индуктивной нагрузкой;

б) ‘азы работы схемы,

в) ‘орма напр€жени€ полумостового инвертора

‘аза II. “ок со стороны нагрузки смещает в пр€мом направлении диод D2, и он переходит в состо€ние проводимости. ћощность со сто≠роны нагрузки передаетс€ в источник питани€ V2.  огда величина тока падает до нул€, диод D2 запираетс€.

‘аза III. ѕока диод D2 проводит ток, тиристор 2 не может нахо≠дитьс€ в состо€нии проводимости, поскольку он смещен в обратном направлении.  ак только диод D2 запираетс€, можно включить тирис≠тор 2. Ќа промежутке времени t2 - t3 напр€жение и ток отрицательные, а мощность - положительна€, то есть мощность передаетс€ от источника питани€ к нагрузке. ¬ момент времени t= t4 тиристор 2 принудительно включаетс€.

‘аза IV. Ќа индуктивной нагрузке измен€етс€ пол€рность напр€≠жени€, но направление тока через нее сохран€етс€. «а счет изменени€ пол€рности напр€жени€ диод D1, смещаетс€ в пр€мом направлении. “ок теперь течет по направлению к источнику питани€ Vv, имеет место рециркул€ци€ мощности. Ётот процесс продолжаетс€ до тех пор, пока диод D1 не перейдет в закрытое состо€ние в момент времени t5. ≈сли тиристор 1 снова включить, вышеупом€нутые процессы повтор€тс€.

ѕри работе инвертора на RL-нагрузку ток в цепи измен€етс€ эк≠споненциально. ѕлощади положительных и отрицательных периодов не равны, так как на резистивной компоненте нагрузки в противофазные периоды рассеиваютс€ разные мощности.

1.3.3 ѕолумостовой инвертор с RLC Ц нагрузкой


–ис.5 -† а) —хема полумостового инвертора с RLC-нагрузкой, б) ‘орма напр€жени€ и тока полумостового инвертора


Ёлектрическа€ схема и форма выходного сигнала однофазного полумостового инвертора с RL—-нагрузкой изображены на рис.5. ≈сли инвертор питает RL—-нагрузку, отдельна€ цепь коммутировани€ не тре≠буетс€. Ёто можно объ€снить с помощью символического изображени€ на рис.5б. –абоча€ частота инвертора должна быть выбрана такой, чтобы с > XL. ѕри этих услови€х в этой схеме ток опережает по фазе напр€жение. “ок в нагрузке измен€етс€ синусоидально. ¬ промежутке времени от t0 до tl тиристор1† находитс€ в провод€щем состо€нии. ¬ момент времени t1 = t2 тиристор 1, выключаетс€, так как ток в цепи уменьшаетс€ до нул€. ¬ промежутке времени от t1 до t2 диод D1 находитс€ в провод€щем состо€нии и мощность передаетс€ от нагрузки к источнику питани€. ƒиод D1 находитс€ в провод€щем состо€нии до тех пор, пока на конденсаторе присутствует напр€жение.  огда диод D1 находитс€ в состо€нии проводимости, тиристор 1 смещен в обратном направлении. “аким образом, специальна€ цепь принудительной коммутации в этом случае не требуетс€. ¬ этой схеме RLC-нагрузка обеспечивает комму≠тацию тиристоров. ¬ течение отрицательного полупериода тиристор 2 находитс€ в провод€щем состо€нии, через некоторое врем€ диод D2 на≠чинает проводить, вследствие этого тиристор 2 смещаетс€ в обратном направлении и запираетс€.

1.4† »нвертор ћак-ћюрре€ (инвертирующий преобразователь)

ѕринцип работы инвертора ћак-ћюрре€ основан на коммутировании тока. ѕолумостовой инвертор работает на индуктивную нагрузку, как изображено на рис.6. “иристоры ј1 и ј2 в этой схеме €вл€ютс€ вспо≠могательными. ќни используютс€ дл€ коммутации основных тиристо≠ров 1 и 2. »ндуктивность L и емкость — €вл€ютс€ коммутирующими элементами.  онденсатор предварительно зар€жен слева отрицательно, а справа -положительно. –абочие фазы этой схемы устройства следу≠ющие.

‘аза I. “иристор 1 запускаетс€, тем самым инициируетс€ поло≠жительный полупериод преобразовани€. ѕосто€нный ток нагрузки протекает через тиристор 1.

‘аза I I. ¬ момент времени t1 запускаетс€ вспомогательный тирис≠торј1. ѕо замкнутой цепи L, —, “{ и †“ј1 начинает протекать ток, при этом ток через конденсатор синусоидально нарастает, как показано на рис.6в. ¬ промежутке времени от t1 до t2 значение ic <I0. ¬ момент времени t= t2; tc = I0. “ок, текущий через тиристор 1, становитс€ равным нулю, и тиристор выключаетс€. —ледует заметить, что в этой фазе ток через тиристор 1, уменьшаетс€ до нул€.

‘аза III. ѕосле выключени€ тиристора 1 ток продолжает протекать через D1. ƒиод находитс€ в состо€нии проводимости до момента време≠ни t3 до тех пор пока ic - I0 положительны. ¬ момент времени t = t3 диод D1, перестает проводить, так как ток через него уменьшаетс€ до нул€.

‘аза IV. ѕосле того как диод D1 запираетс€, посто€нный ток нагруз≠ки протекает через конденсатор и дозар€жает его слева отрицательно, а справа положительно. Ќапр€жение на конденсаторе измен€етс€ линей≠но, так как через конденсатор протекает посто€нный ток.

‘аза V. “ок через диод увеличиваетс€, в то врем€ как ток через конденсатор уменьшаетс€.  огда ток через тиристор Ta уменьшаетс€ до нул€, тиристор выключаетс€.

‘аза VI. Ќа индуктивной нагрузке измен€етс€ пол€рность напр€же≠ни€, и диод D1 смещаетс€ в пр€мом направлении. Ќачинаетс€ процесс рециркул€ции. Ёнерги€, запасенна€ в нагрузке, передаетс€ обратно в источник питани€ Vr ѕосле запирани€ диода D1 †запускаетс€ тиристор 2. „тобы выключить тиристор 2 необходимо включить тиристор A2. ƒалее подобные процессы повтор€ютс€ аналогично вышеизложенным.


–ис.6 - †а) —хема инвертора ћак-ћюрре€;

б) ‘азы работы схемы;

в) ‘ормы напр€жени€ и токов инвертора ћак-ћюрре€


ѕри разработке инвертора его параметры выбираютс€ исход€ из наихудших условий, таких как минимальное входное напр€жение и максимальный выходной ток.

1.5† »нвертор ћак-ћюрре€ - Ѕедфорда

»нвертор ћак-ћюрре€ содержит два вспомогательных тиристора. »н≠вертор ћак-ћюрре€-Ѕедфорда не требует никаких вспомогательных тиристоров. ќдин основной тиристор в этой схеме коммутирует другой основной тиристор. Ёлектрическа€ схема, рабочие фазы и форма вы≠ходного сигнала инвертора ћак-ћюрре€ - Ѕедфорда изображены на рис.7. –абочие фазы этой схемы устройства следующие.


‘аза I. “иристор 1 запущен. ѕосто€нный ток протекает через тирис≠тор1 , и индуктивность L1. Ќапр€жение на индуктивности L1 равно нулю, так как через нее протекает посто€нный ток.  онденсатор —, замкнут через 1 и L1.  онденсатор 2 зар€жен до напр€жен舆 V1 + V2: верхн€€ обкладка зар€жена положительно, а нижн€€ - отрицательно.



–ис.7 - †а) —хема инвертора ћак-ћюрре€; б) ‘азы работы схемы

‘аза II. ѕосле включени€ тиристора 2 напр€жение с конденсато≠ра —2 подаетс€ на индуктивность L2. Ёто напр€жение равно удвоенному напр€жению питани€. «а счет взаимной индукции на индуктивности L1 по€вл€етс€ напр€жение, равное напр€жению на индуктивности L2. Ќапр€жение на катоде тиристора 1 равно учетверенному напр€жению питани€, а на аноде удвоенному напр€жению питани€. “аким образом, после включени€ тиристора 2 тиристор† 1 выключаетс€. Ѕыстрое вы≠ключение тиристора L1 возможно благодар€ тому, что энерги€, запа≠сенна€ в индуктивности L1 передаетс€ на индуктивность L2 поскольку общий магнитный поток должен оставатьс€ посто€нным. »з рис.7в видно, что ток в схеме перераспредел€етс€ от тиристора 1 на тиристор 2 в начале фазы II. ѕо цепи L2 и 2 начинает протекать ток. ƒиод D2 сме≠щаетс€ в обратном направлении напр€жением на конденсаторе —2.

‘аза III.  ак только пол€рность напр€жени€ на конденсаторе из≠мен€етс€ на обратную, диод D2 переходит в провод€щее состо€ние и тем самым шунтирует конденсатор —2. Ёнерги€, запасенна€ на индуктивнос≠ти L2 поддерживает неизменное направление тока через тиристор 2 и диод D2. ѕостепенно запасенна€ в индуктивности L2 энерги€ рассеивает≠с€ на активном сопротивлении нагрузки, и тиристор 2 выключаетс€.

‘аза IV. ƒиод D2 по-прежнему смещен в пр€мом направлении за счет тока, протекающего через индуктивность нагрузки. «десь имеет место процесс рециркул€ции энергии, запасенной на индуктивности нагрузки. ƒиод D2 находитс€ в провод€щем состо€нии до тех пор, пока запасенна€ энерги€ передаетс€ источнику питани€ V2.

“иристор 2 снова включаетс€, тем самым иницииру€ аналогич≠ный отрицательный полупериод инвертора. ¬ конце отрицательного полупериода тиристор 1 остаетс€ в провод€щем состо€нии и процесс, описанный выше, повтор€етс€.




–ис.7в - †‘ормы токов инвертора ћак-ћюрре€ ЦЅедфорда


1.6 “рехфазные инверторы

“рехфазные инверторы могут быть использованы в двух режимах:

1) 120-градусный режим работы;

2) 180-градусные режимы работы.


1.6.1 120-градусный режим работы

“иристоры здесь нумеруютс€ по аналогии с трехфазными двухполупериодными выпр€мител€ми. –азность номеров тиристоров в каждой фазе равна трем.   трехфазному мостовому инвертору подключена активна€ нагрузка, состо€ща€ из трех резисторов, как показано на рис.8. †ѕри 120-градусном режиме работы каждый тиристор находитс€ в провод€≠щем состо€нии от 0 до 120∞ за период. ¬ любое врем€ два тиристора в этой схеме наход€тс€ в провод€щем состо€нии, и два из трех нагрузоч≠ных резисторов €вл€ютс€ потребител€ми мощности.  огда тиристор из нечетной группы находитс€ в провод€щем состо€нии, соответствующее ему фазовое напр€жение - положительное. ≈сли же в провод€щем состо€нии находитс€ тиристор из четной группы, соответствующее ему фазовое напр€жение отрицательное. ‘азовые напр€жени€ здесь представл€ют собой 120-градусные псевдопр€моугольные последова≠тельности импульсов. ¬ыходные линейные напр€жени€ имеют формы шестиступенчатых последовательностей импульсов, сдвинутых на 120∞ по отношению друг к другу. ‘ормы фазовых и линейных напр€жений приведены на рис.8б.

«апуск тиристоров в этой схеме осуществл€етс€ в последователь≠ности 61-12-23-34-45-56. ¬ыходна€ частота определ€етс€ частотой запуска тиристоров.


–ис.8а - †120-градусный режим работы инвертора —хема трехфазного мостового инвертора


–ис.8б - 120-градусный режим работы инвертора ‘ормы фазовых и

линейных напр€жений


1.6.2 - †180-градусный режим работы

ѕри 180-градусном режиме каждый тиристор находитс€ в состо€нии проводимости половину периода. ¬ этом режиме работы инвертора воз≠можны два способа коммутации тиристоров - два тиристора из нечетной группы и один тиристор из четной группы или два из четной группы и один из нечетной группы наход€тс€ в провод€щем состо€нии.

‘азовое напр€жение инвертора будет положительным, если ти≠ристоры из нечетной группы наход€тс€ в провод€щем состо€нии, и отрицательным, если тиристоры четной группы наход€тс€ в провод€щем состо€нии. ¬ любое врем€ два нагрузочных резистора подключены к источнику питани€ параллельно, а третий подключен последователь≠но к ним. Ќа двух параллельно соединенных резисторах выходное напр€жение будет V/3, а на третьем - 2  /3.


–ис. 9 - 180-градусныи режим работы инвертора

а) —хема трехфазного мостового инвертора,

б) ‘ормы фазовых и линейных напр€жений


Ћинейные напр€жени€ здесь представл€ют собой 120-градусные псевдопр€моугольные последова≠тельности импульсов. ¬ыходные фазовые напр€жени€ инвертора имеют формы шестиступенчатых последовательностей импульсов, сдвинутых на 120∞ по отношению друг к другу. ‘ормы фазовых и линейных напр€≠жений приведены на рис.9б. “иристоры в этой схеме запускаютс€ в последовательности 561-612-123-234-345-456. ¬ыходна€ частота определ€етс€ частотой запуска тиристоров.

1.7 †“рехфазный инвертор тока


Ёлектрическа€ схема и рабочие фазы трехфазного инвертора тока изображены на рис.10. Ётот тип инвертора называетс€ инвертором  . ‘и≠липса. ≈го работа основана на коммутировании напр€жени€. Ѕольша€ индуктивность, включенна€ последовательно с источником напр€жени€, работает как источник тока. —хема работает в 120-градусном режиме.


–ис.10а - †—хема трехфазного инвертора тока


„тобы выключить шесть тиристоров, требуютс€ шесть конденсато≠ров. ƒиоды D1 - D6 предотвращают разр€д конденсаторов через нагрузку. Ёти диоды называютс€ изолирующими. “иристоры в этой схеме запуска≠ютс€ в последовательности 12-23-34-45-56-61. ≈сли схема переходит из состо€ни€ 12 в состо€ние 23, тиристор 2 продолжает оставатьс€ в провод€щем состо€нии, следовательно, тиристор2, запираетс€, а ток продолжает протекать через включенный тиристор 2.

‘аза I.  онденсатор , зар€жен с левой стороны до напр€жени€ +ve, а с правой - до напр€жени€ -ve. “иристоры† 1 и 2 запускаютс€ согласно диаграмме 120-градусного режима работы. —хема остаетс€ в этом состо€нии от 0 до 60∞.

‘аза ѕ. ¬ следующий 60-градусный интервал тиристоры 1 и 2 должны находитьс€ в провод€щем состо€нии. “иристор 1 запускаетс€ начина€ с 60-градусного интервала. “иристор 1, выключаетс€ ком≠мутирующим напр€жением. “ок протекает через D1 фазу ј и фазу —. Ќапр€жение на конденсаторе —, мен€ет пол€рность.


‘аза III. ƒиод D1 продолжает оставатьс€ в провод€щем состо€нии до тех пор, пока ток через него протекает в том же самом направлении. ƒиод D3 находитс€ в провод€щем состо€нии, так как он смещен в пр€≠мом направлении присутствующим на конденсаторе , напр€жением. ¬ этой фазе все три ветви нагрузки €вл€ютс€ потребител€ми мощности. Ёта фаза называетс€ периодом перекрыти€.


–ис.10б - †‘азы работы схемы


 

‘аза IV. ƒиод D1 находитс€ в провод€щем состо€нии до тех пор, пока энерги€, запасенна€ на индуктивности нагрузки в фазе ј, не уменьшитс€ до нул€. ƒалее ток протекает через тиристоры 2 и 3 согласно диаграмме управлени€ при 120-градусном режиме работы инвертора.

‘ормы фазовых токов трехфазного инвертора тока эквивалентны формам фазовых напр€жений трехфазного инвертора напр€жени€ при 120-градусном режиме работы.


1.8 †”правление выходным напр€жением инвертора

¬ыходным напр€жением инвертора требуетс€ управл€ть в таких устройс≠твах, как регул€тор скорости, источники бесперебойного питани€ и

т. д.

”правл€ть выходным напр€жением можно трем€ способами:

1) регулированием входного напр€жени€ инвертора;

2) регулированием выходного напр€жени€ инвертора;

3) регулированием выходного напр€жени€ самим инвертором.

†¬ходное напр€жение можно регулировать с помощью фазоуправл€емого преобразовател€ или коммутатора, включенного на входе инвертора. Ќедостатком фазоуправл€емого преобразовател€ €вл€етс€ низкий коэффициент мощности со стороны входа инвертора. Ќедостат≠ком коммутатора посто€нного тока €вл€ютс€ высокие коммутационные потери.

¬ыходное переменное напр€жение инвертора можно регулировать с помощью трансформатора с коммутируемыми отводами от вторичной обмотки. Ќедостатком коммутации отводов €вл€етс€ необходимость в обслуживании размыкателей.

–егулирование выходного напр€жени€ самим инвертором называ≠етс€ широтно-импульсной модул€цией. –азличают два типа широтно-импульсных модул€торов:

1) однократные;

2) многократные.


1.8.1 ќднократный широтно-импульсный модул€тор

Ёлектрическа€ схема инвертора и формы сигналов однократного широтно-импульсного модул€тора изображены на рис.11. ќднократный широтно-импульсный модул€тор вырабатывает один управл€ющий импульс за полупериод цикла преобразовани€. ¬ыходное напр€жение инвертора регулируетс€ за счет изменени€ длительности управл€ющего импульса в каждом полупериоде цикла преобразовани€. Ёпюры управ≠л€ющих импульсов однократного широтно-импульсного модул€тора изображены на –ис.11б. Ќа выходе инвертора присутствует напр€жение, только если транзисторы 1 и 2 (или) 3 и 4 наход€тс€ в провод€щем состо€нии одновременно.


¬ промежутке времени от t0 до t1 в провод€щем состо€нии наход€тс€ транзисторы† 1 и 1. ¬ это врем€ на нагрузке положительное напр€же≠ние. ¬ промежутке времени от t2 до t3 провод€щем состо€нии наход€тс€ транзисторы 3 и 4, на нагрузке при этом отрицательное напр€жение. ¬ыходным напр€жением инвертора можно управл€ть, измен€€ угол 9. „ем больше значение 9, тем меньше выходное напр€жение инверто≠ра, и наоборот. Ќедостатком этого способа регулировани€ €вл€етс€ присутствие в выходном напр€жении большого количества высших гармоник.


–ис.11 - †а) —хема мостового инвертора;

б) ‘ормы сигналов широтно-импульсного модул€тора

1.8.2 †ћногократный широтно-импульсный модул€тор

ћногократный широтно-импульсный модул€тор вырабатывает серию управл€ющих импульсов за полупериод цикла преобразовани€. —ущест≠вуют два типа многократных широтно-импульсный модул€торов: а) ши≠ротно-импульсный модул€тор с равными длительност€ми управл€ющих импульсов и б) синусоидальный широтно-импульсный модул€тор.

Ўиротно-импульсный модул€тор с равными длительност€ми управл€ющих импульсов

‘ормы сигналов симметричного широтно-импульсного модул€тора или широтно-импульсного модул€тора с равными длительност€ми управл€ющих импульсов изображены на рис.12а. ƒопустим, что V1 -напр€жение треугольной формы, Vc - управл€ющее напр€жение и Vo - выходное напр€жение компаратора


–ис.12а - †‘ормы сигналов симметричного широтно-импульсного модул€тора


¬ схеме управлени€ опорное напр€жение высокой частоты VT (треу≠гольной формы) сравниваетс€ с напр€жением управлени€ Vc. ¬ыходное напр€жение компаратора Vo высокое, когда больше Vc, и низкое, если  т меньше Vc. “аким образом, выходное напр€жение компаратора пред≠ставл€ет собой последовательность импульсов. —формированные таким образом импульсы можно использовать дл€ управлени€ мощными тран≠зисторами. ≈сли в инверторе используютс€ тиристоры (инвертор ћак-ћюрре€), основной тиристор запускаетс€ передним фронтом импульса, а вспомогательный тиристор - задним. “аким образом, многократный широтно-импульсный модул€тор вырабатывает серию управл€ющих им≠пульсов за полупериод цикла преобразовани€. √армонические составл€≠ющие в выходном напр€жении такого инвертора будут намного меньше, чем в инверторе с однократным широтно-импульсным модул€тором.

—инусоидальный широтно-импульсный модул€тор

‘ормы сигналов синусоидального широтно-импульсного модул€тора изображены на рис.12б. ¬ этой схеме напр€жение треугольной формы сравниваетс€ с синусоидальным управл€ющим напр€жением. ¬ходные напр€жени€ компаратора Vc и VT. ¬ыходное напр€жение компаратора высокое, когда величина синусоидального управл€ющего напр€жени€ больше, чем величина напр€жени€ треугольной формы. ќтношение ве≠личины управл€ющего напр€жени€ к величине напр€жени€ треугольной формы определ€етс€ как коэффициент модул€ции. —ледует заметить, что выходное напр€жение компаратора представл€ет собой последователь≠ность импульсов неравной длительности. ¬ течение полупериода цикла преобразовани€ длительность центрального импульса максимальна, а длительность крайних импульсов уменьшаетс€. ƒлительность управ≠л€ющих импульсов измен€етс€ синусоидально. Ётот тип широтно-импульсного модул€тора называетс€ асимметричным, так как длительности его управл€ющих импульсов неравны. √армонические составл€ющие в выходном напр€жении такого инвертора будут меньше, чем в инверторе с симметричным широтно-импульсным модул€тором.


–ис.12б - †‘ормы сигналов синусоидального широтно-импульсного модул€тора


1.9 ”правление гармоническими составл€ющими (управление формой напр€жени€)

‘ормы выходных напр€жений инверторов могут быть пр€моугольными, квазипр€моугольными, треугольными или в виде шестиступенчатых последовательностей импульсов. ¬ выходном напр€жении содержатс€ основна€ гармоника и ее высшие компоненты. ≈сли инвертор исполь≠зуетс€ в качестве источника питани€ асинхронного электродвигател€, высшие гармоники питающего напр€жени€ внос€т потери в виде допол≠нительного выделени€ тепла. Ќапример, п€та€ гармоника питающего электродвигатель напр€жени€ производит крут€щий момент в противо≠положном направлении по отношению к основному крут€щему моменту. ѕоэтому предпочтительно минимизировать коэффициент гармоник в выходном напр€жении. ћетоды уменьшени€ гармоник следующие:

1)коммутаци€ промежуточных отводов в трансформаторе;

2)подключение нагрузки через трансформатор;

3)использование фильтров;

4)использование широтно-импульсной модул€ции.


1.9.1  оммутаци€ промежуточных отводов в трансформаторе

††††††† Ёлектрическа€ схема инвертора с коммутацией промежуточных отво≠дов в трансформаторе изображена на рис.13а. —хема этого инвертора похожа на схему параллельного инвертора.  огда один из тиристоров слева находитс€ в провод€щем состо€нии, выходное напр€жение инвер≠тора -положительное, если же один из тиристоров справа находитс€ в провод€щем состо€нии, выходное напр€жение - отрицательное.  огда тиристор 1 запускаетс€, напр€жение источника питани€ прикладывает≠с€ к половине первичной обмотки трансформатора. ¬ыходное напр€≠жение инвертора в этом случае минимальное, поскольку отношение Ђвольт/витокї минимальное.



–ис.13а - †Ёлектрическа€ схема инвертора с коммутацией промежуточ≠ных отводов в трансформаторе


¬ следующий момент времени запускаетс€ тиристор 2, а тиристор 1 выключаетс€. ќтношение Ђвольт/витокї увеличиваетс€, и выходное напр€жение инвертора также увеличиваетс€. ѕосле запуска тиристора 3 тиристор 2 выключаетс€, выходное напр€жение инвертора становитс€ максимальным. ƒл€ получени€ двенадцатиступенчатой формы выходного напр€жени€ тиристоры должны запускатьс€ в последовательности 1-2-3-2-1-1ј-2ј-«ј-2ј-1ј. Ќедостатком этой схемы €вл€етс€ сложность запуска и коммутировани€ тиристоров.


1.9.2† ѕодключение через трансформатор

—хема компенсации гармонических составл€ющих с помощью двух трансформаторов изображена на рис.13б. ¬ыходное напр€жение в этой схеме €вл€етс€ векторной суммой выходных напр€жений двух инверторов. Ётот метод примен€етс€ дл€ компенсации конкретной гармонической составл€ющей в выходном напр€жении (избирательное устранение гармоник). ¬торичные обмотки этих двух трансформаторов включены последовательно таким образом, чтобы V1 + V2 = Vo. «апуск тиристоров второго инвертора запаздывает на угол θ по отношени€ к запуску тиристоров первого инвертора. ‘орма выходного напр€жени€ V0 может быть получена суммированием напр€жений V1 и V2. ‘орма выходного напр€жени€ представл€ет собой 120-градусные квазипр€≠моугольные импульсы. Ќа рис.13в показаны векторные диаграммы основных и третьих гармоник выходных напр€жений инверторов при угле запаздывании 0 = 60∞.



–ис.13 - б) ѕодключение нагрузки через трансформатор в) ¬екторна€ диаграмма


Ќапр€жени€ третьих гармоник наход€тс€ в противофазе друг к другу. ѕоэтому в суммарном выходном напр€жении инверторов треть€ гармоника отсутствует. ¬ыбрав угол запаздывани€ †θ = 36∞, можно ском≠пенсировать в выходном напр€жении п€тую гармонику. Ќедостатком этой схемы €вл€етс€ то, что требуютс€ два инвертора и два одинаковых трансформатора.



1.9.3. »спользование фильтров


–азличные типы используемых фильтров изображены на рис.13г. ¬ однозвенном L—-фильтре реактивное сопротивление индуктивности L с увеличением частоты увеличиваетс€, то есть высокочастотные компонен≠ты на выходе существенно ослабл€ютс€. — увеличением индуктивности L увеличиваютс€ омические потери в фильтре.  онденсатор обладает высоким реактивным сопротивлением на низких частотах, но при этом эффективно шунтирует высокочастотные компоненты. ќптимальный выбор элементов фильтра позвол€ет увеличить рабочий ток инвертора без существенного увеличени€ потерь в LC-фильтре


–ис.13г† - †»спользование фильтров


Ќекотора€ часть гармоник все же проходит через однозвенный LC-фильтр в нагрузку. —ущественно улучшить фильтрацию гармоник можно с помощью использовани€ многозвенных LC-фильтров. –азмер индуктивности фильтра можно уменьшить, подключив его ко вторичной обмотке понижающего трансформатора.

≈сли инвертор работает на фиксированной частоте, можно исполь≠зовать последовательный резонансный L—-фильтр. «начени€х и — вы≠бираютс€ так, чтобы их собственна€ резонансна€ частота фильтра была равна выходной частоте инвертора. ‘ильтр и нагрузочное сопротив≠ление работают как последовательный низкодобротный резонансный контур. Ёлектрический ток в такой цепи находитс€ в фазе с выходным напр€жением, поэтому напр€жение нагрузочного сопротивлени€ си≠нусоидально. ѕрименение реактивных фильтров предпочтительно дл€ высокочастотных устройств.

2 »нверторные источники питани€ дл€ дуговой сварки

2.1 Ќачало развити€ и внедрение в производство инверторных источников питани€

¬ наступившем веке бесспорным лидером в производстве сварочной техники станов€тс€ инверторные источники питани€. ѕри их примене≠нии потери электроэнергии снижаютс€ до 10 раз, материалоемкость оборудовани€ - до 10-12 раз, а ѕ– источника повышаетс€ до 80-100 %. ”меньшаютс€ размеры и масса сварочных аппа≠ратов. ќсновным достоинством инверторной тех≠ники €вл€етс€ ее мобильность, что позвол€ет ис≠пользовать подобные агрегаты при выполнении монтажных работ в стационарных и полевых усло≠ви€х.

¬ 1905 г. австрийский профессор –озенберг разработал специальный сварочный генератор поперечного пол€, у которого с ростом сварочного тока измен€лось напр€жение дуги. Ёто был, пожа≠луй, один из самых первых шагов в развитии ре≠гулируемых источников питани€.

¬ 1907 г. на заводе Lincoln Electric был выпу≠щен генератор с измен€емым напр€жением. „е≠рез 20 лет русский ученый ¬. ѕ. Ќикитин получил патент на первый в мире однокорпусный комбини≠рованный трансформатор-регул€тор дл€ дуговой сварки.

¬ начале 50-х гг. по€вились полупроводнико≠вые селеновые диоды. Ёто позволило разработ≠чикам создать сварочные выпр€мители, состо€≠щие из трансформатора и выпр€мительного ди≠одного блока.

ѕозже, в 70-е гг. с по€влением силовых крем≠ниевых тиристоров стало возможно плавно изме≠н€ть сварочный ток и выходные ¬ј’ сварочных аппаратов не за счет трансформатора, а на осно≠ве обратных св€зей и фазовой регулировки угла включени€ тиристоров.

¬ 1977 г. на рынке сварочного оборудовани€ по€вилс€ источник питани€ Hiiark-250 финской фирмы Kemppi, собранный на базе "скоростных тиристоров", обеспечивших преобразование по≠сто€нного тока в переменный с частотой 2-3 к√ц. Ёто стало началом развити€ инверторных источ≠ников питани€ в сварочной технике.

¬ обычных выпр€мител€х трансформатор ра≠ботает на сетевой частоте 50 √ц. ѕовышение час≠тоты до 2 к√ц и более позволило существенно уменьшить массу и габаритные размеры свароч≠ного инвертора. ≈сли у обычных сварочных выпр€мителей отношение сварочного тока к едини≠це массы около 1-1,5 ј/кг, то у инверторов на "скоростных тиристорах" этот показатель равен 4-5 ј/кг.

—мысл инвертировани€ заключаетс€ в поэтап≠ном преобразовании энергии. ѕитающее сетевое напр€жение выпр€мл€етс€ на диодном мостике, затем преобразуетс€ в переменное высокочас≠тотное в блоке инвертора и понижаетс€ в транс≠форматоре до рабочего сварочного. ј выходной выпр€митель преобразует переменное напр€же≠ние в посто€нное. ¬есь процесс регулируетс€ за счет обратных св€зей блоком управлени€, кото≠рый обеспечивает необходимые характеристики сварочного тока.

»нверторы также отличаютс€ низкой пульса≠цией выпр€мленного тока, высокой скоростью ре≠гулировки, возможностью получени€ разнообраз≠ных ¬ј’ и высоким (до 90 %)  ѕƒ.

—равнительные характеристики инверторных сварочных аппаратов приведены в таблице є 1.

 лассическим примером тиристорного инвер≠тора €вл€етс€ сварочный универсальный источ≠ник питани€ LUA-400 фирмы ESAB. Ўесть различ≠ных ¬ј’ позвол€ют использовать его при сварке в углекислом газе, ручной дуговой, аргонодуговой и сварке алюминиевой проволокой пульсирую≠щей дугой.

— по€влением модульных бипол€рных транзи≠сторов с изолированным затвором (IGBT) свароч≠ные трансформаторы стали работать на частоте до 20 к√ц. ѕри этом отношение сварочного тока к единице массы источника питани€ повысилось вдвое. Ќа базе IGBT-транзисторов стали выпус≠кать маленькие бытовые источники питани€ дл€ ручной дуговой сварки, а также импульснодуговой и механизированной сварки в защитных газах, плазменной резки.

ѕоследующа€ стади€ развити€ сварочных ин≠верторов св€зана с по€влением в 90-х гг. полевых ћќѕ-транзисторов серии MOSFET. „астота за счет силовых полевых транзисторов повысилась до нескольких дес€тков килогерц. Ќа их базе фир≠ма ESAB стала выпускать установки дл€ ручной дуговой сварки Power lnvert-315 с частотой 24 к√ц и малогабаритные источники Caddi-130, 140 и 200. ƒальнейшее развитие инверторной техники пошло по пути совершенствовани€ MOSFET-транзисторов. ¬ыпущенный той же фирмой источник Caddi-250 массой 11 кг работает на частоте 49 к√ц.

¬ 2001 г. в Ёссене фирма Kemppi продемонст≠рировала малогабаритные переносные свароч≠ные инверторы Minarc-110 и 140 массой 4,2 кг и рабочей частотой 80 к√ц. ѕри длине электрокабе≠л€ до 50 м переносной Minarc -идеальный аппа≠рат дл€ работы в труднодоступных местах. ќн предназначен дл€ использовани€ разнотипных электродов и имеет особый износостойкий корпус.

—овременные инверторы lnvertec-140 и 160 американской фирмы Lincoln Electric - это аппа≠раты со специальной схемой стабилизации пита≠ни€ дл€ надежной работы от автономных генерато≠ров мощности. ѕри аргонодуговой сварке поджиг дуги осуществл€етс€ методом точечного касани€.

  сожалению, следует признать, что отечест≠венные производители сварочной техники намно≠го отстали от мирового уровн€ развити€ инверторных источников в св€зи с общим спадом экономики за последние 10 лет. » все-таки, обща€ тенденци€ сохран€етс€. –оссийские изготовители также предлагают инверторные источники.

—реди них сварочные выпр€мители серии "‘орсаж" √осударственного –€занского прибор≠ного завода. Ёти установки предназначены дл€ сварки низкоуглеродистых, низколегированных и коррозионно-стойких сталей. ќни имеют плавную регулировку сварочного тока, снабжены вентил€≠тором и защитой от перегрева. ƒиапазон свароч≠ного тока от 40 до 315 ј, масса 6,7-12,5 кг.

—варочный инверторный аппарат "“орус-200" предназначен дл€ дуговой сварки посто€нным током. Ќесмотр€ на маленький размер (115х185х280 мм) и массу около 5 кг, диапазон сва≠рочного тока у него 40-200 ј. Ётот сравнительно недорогой источник может работать от бытовой се≠ти дома, на приусадебных участках, в гаражах и т. д.

¬ насто€щее врем€ лучшими среди сварочных аппаратов инверторного типа признаны самые малогабаритные в мире серии ¬ћ≈, разработан≠ные в ќќќ Ќѕ÷ "ѕромЁл-2000" (изготовитель ќјќ "ћашиностроительный завод "ѕрогресс", јс≠трахань). ќни удостоены «олотой медали ћежду≠народного салона инноваций и инвестиций (ћоск≠ва, 2002 г.), а также множества дипломов между≠народных и региональных выставок.


“аблица є 1

јппарат, фирма-изготовитель, страна

ƒиапазон регулировани€ сварочного тока, ј

√абаритные размеры, мм

ћасса, кг

ѕ¬,%

Master-1500, Kemppi, ‘инл€нди€

15-150

390x155x285

10

20

Mmarc-140, Kemppi, ‘инл€нди€

10-140

305x123x250

4,8

80

InvertecV 160-S, Lincoln Electric, —Ўј

5-160

320x200x430

10,5

-

Caddy Tig 150, ESAB, Ўвеци€

3-150

310x130x250

5,5

25

Tecnica 1600, Telwin, »тали€

5-150

280x150x195

3,3

10

Mito 160 MMA, Mito, »тали€

5-160

175x430x245

14

60

TINY 150, Kjellberg, √ермани€

5-150

320x110x260

5,4

35

SI601, Cemont, »тали€

5-150

145x235x340

7,7

35

Topyc-200, OOO "TOP", –осси€

40-200

115 x 185 x 280

5

40

‘орсаж-160, √осударственный –€занский приборный завод, –осси€

40-315

410x180x390

10

60

¬ƒ”4-1371, јќ "—пецэлектромаш", –осси€

5-130

365x139x196

8

100

BME-160, ќќќЌѕ÷"ѕромЁл-2000", –осси€ ЁЋ-2000", –осси€

15-160

175x300x86

3,6

80

ѕримечание. Ќапр€жение питающей сети 220 ¬.







“аблица є 2

јппарат

Ќапр€жение питающей сети, ¬

ƒиапазон регулировани€ сварочного тока, ј

Ќапр€жение холостого хода, ¬

√абаритные размеры, мм

ћасса, кг

¬ћ≈-120

220

10-120

60-80

140x250x65

2,2

¬ћ≈-140

220

10-140

60-80

140x250x65

2,3

¬ћ≈-160

220

10-160

60-80

175x300x86

3,6

¬ћ-300

380

50-300

50-70

406x310x90

8,0

¬ћ-420

380

50-420

60-80

540x314x90

12,0

ѕримечание ƒл€ всех аппаратов ѕ¬ = 80 %



“аблица є 3

»сточник

Ќапр€жение питающей сети, ¬

ƒиапазон регулировани€ длительности действи€ пр€мого и обратного тока, с

ƒиапазон регулировани€ амплитуды пр€мого и обратного тока,ј

ѕ¬, %

√абаритные размеры, мм

ћасса, кг

¬ћ 120

220

-

20-120

100

276x270x65

2,2

¬ћ 120–

220

6-600

ѕлавно

ѕлавно

100

276x270x65

3,7


ќќќ Ќѕ÷ "ѕромЁл-2000" уже три года рабо≠тает на российском рынке. «а это врем€ разрабо≠таны и запущены в серийное производство мало≠габаритные инверторные сварочные аппараты, технические характеристики которых приведены в таблице є 2.

–азработаны и внедрены в производство так≠же малогабаритные гальванические источники питани€ инверторного типа (таблица є 3).

ћалогабаритные сварочные аппараты серии ¬ћ≈ на основе высокочастотных транзисторных инверторов предназначены дл€ высококачествен≠ной ручной дуговой сварки покрытыми электрода≠ми диаметром 1,6-6 мм током пр€мой и обратной пол€рности. јппараты обеспечивают легкий поджиг, устойчивое горение и эластичность дуги, минимальное разбрызгивание металла, надежность и высокое качество сварных швов, сварку боль≠шинства углеродистых, легированных и коррози≠онно-стойких сталей. »х применение гарантирует безопасность работы согласно международным нормам IEC 974.

—оответству€ по основным параметрам свар≠ки аналогичным зарубежным издели€м таких ве≠дущих производителей, как Telwin, Fronius, EWM, аппараты серии ¬ћ≈ имеют меньшие массу и га≠баритные размеры, высокую продолжительность включени€ и значительно меньшую стоимость.

—иловые источники питани€ дл€ сварки и в дальнейшем будут совершенствоватьс€, что рас≠ширит их функциональные возможности.


2.2 ќсобенности работы сварочных инверторов от автономных источников питани€

¬ последнее врем€ возрастает применение автономных установок, оборудованных свароч≠ными постами - передвижных ремонтных мас≠терских, аварийных машин и т. п. ¬ них на шасси установлена коробка отбора мощности с генера≠тором или дизель-генератор и различные потре≠бители, в том числе сварочные посты. Ќередко предпочтение отдаетс€ инверторным сварочным аппаратам из-за их сравнительно высокого  ѕƒ (10-15 к¬т при токе сварки до 250 ј) и небольших габаритных размерах и массы.   сожалению, про≠изводители подобных машин часто ограничива≠ютс€ подбором генератора и сварочных источни≠ков исход€ только из мощностных характеристик, что приводит к выходу из стро€ сварочных аппа≠ратов, а нередко и самих генераторов.

ѕри работе сварочных инверторов от авто≠номных источников питани€ необходимо учиты≠вать особенности и тех, и других. “ак, при индук≠тивной нагрузке (сварочный трансформатор) внешн€€ характеристика синхронного генератора имеет резко падающий характер, причем с умень≠шением cosφ падение напр€жени€ усиливаетс€ (рис 14, кривые 1, 2). ѕри активно-емкостной на≠грузке (сварочный инвертор) cosφ опережающий и с ростом потребл€емого тока напр€жение воз≠растает тем сильнее, чем меньше cosφ (см рис 14, кривые 4, 5). ѕри U = 0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаютс€ в одной точке, соот≠ветствующей значению тока трехфазного корот≠кого замыкани€.

ѕоскольку в основном характер потребл€емо≠го тока активно-индуктивный, изготовители гене≠раторов ввод€т дополнительную положительную обратную св€зь по току дл€ компенсации падени€ напр€жени€ на нагрузке, тес ростом тока в на≠грузке генератор повышает напр€жение.

»нверторные источники имеют емкостной ха≠рактер нагрузки, поэтому с ростом тока напр€же≠ние возрастает, а наличие положительной обрат≠ной св€зи по току приводит к еще большему росту напр€жени€. –езультатом может быть выход из стро€ инвертора или самого генератора из-за пе≠ренапр€жений.

—труктурна€ схема типичного инверторного сварочного источника приведена на рис 15. “рех≠фазное напр€жение выпр€мл€етс€ выпр€мите≠лем ¬ и сглаживаетс€ емкостным фильтром —ф. »нвертор » преобразует посто€нное напр€жение в переменное повышенной частоты, которое по≠нижаетс€ трансформатором и выпр€мл€етс€ вы≠пр€мителем ¬ и далее через индуктивный фильтр —ф поступает в нагрузку RH.

Ќа рис. 16 приведены осциллограммы линейно≠го напр€жени€ на входе обычного инверторного источника (ток сварки 150 ј) при питании от синхронного генератора јƒ-30 мощностью 30 к¬т. ≈мкость конденсатора фильтра —ф равна 40 мк‘. ¬идно, что крива€ линейного напр€жени€ имеет значительные искажени€, а амплитуда превыша≠ет 700 ¬. ”меньшение емкости фильтра в 4 раза сни≠жает амплитуду линейного напр€жени€ до 610 ¬, но в кривой потребл€емого тока по€вл€етс€ высоко≠частотна€ составл€юща€, равна€ частоте инвер≠тировани€, что нежелательно.


–ис.14 - †¬нешние характеристики синхронного генератора

(3 -cos(φ= 1)


–ис.15 - —труктурна€ схема инверторного сварочного источ≠ника



–ис.16 - †Ћинейное напр€жение генератора јƒ-30: 1- холо≠стой ход, 2 -при питании обычного инвертора


— ростом потребл€емого тока возрастает дей≠ствующее значение напр€жени€ генератора, причем приращение напр€жени€ зависит от соотно≠шени€ потребл€емой и номинальной мощностей генератора. “ак, при питании четырех обычных сварочных инверторов с суммарной потребл€е≠мой мощностью 34 к¬т от генератора Ѕ√-100 оно составило 10 ¬, а при питании такого же числа ин≠верторов от генератора Ѕ√ -60 - 40 ¬. ѕри этом амплитудное значение линейного напр€жени€ возросло от 540 до 696 ¬. ѕрименение генератора Ѕ√-30 обеспечивает нормальную работу только одного обычного инверторного источника без про≠ведени€ дополнительных меропри€тий.

»менно по этой причине многие изготовители инверторных источников указывают, что суммар≠на€ потребл€ема€ мощность не должна быть больше 50 % номинальной мощности автономно≠го генератора. Ёто обусловливает необходимость либо заказывать генераторы с корректорами на≠пр€жени€, адаптированными дл€ работы с актив≠но-емкостной нагрузкой, либо использовать се≠рийно выпускаемые генераторы с двойным запа≠сом мощности, либо приспосабливать инверторы дл€ обеспечени€ нормальной работы. ¬ первом слу≠чае требуетс€ значительное врем€, во втором - возникают неоправданные затраты. Ќиже приве≠дены варианты решени€ этой проблемы.

—нижение напр€жени€ холостого хода генера≠тора с 380 до 350-360 ¬ и повышение частоты до 52 √ц позвол€ют обеспечить нормальную работу источников. Ќапример, при питании четырех источ≠ников с потребл€емой мощностью по 12-15 к¬т от генератора Ѕ√-60 линейное напр€жение возрас≠тает до 380 ¬. Ёто решение приемлемо дл€ гене≠раторов мощностью от 60 к¬т, но не всегда подхо≠дит дл€ генераторов меньшей мощности.

¬ключение дополнительной нагрузки в виде сушильных шкафов мощностью 4 к¬т снижает приращение напр€жени€ на 4 ¬ при питании от ге≠нератора Ѕ√-100, а при питании от генератора Ѕ√ -60 - на 74 ¬. ѕри этом лучше иметь на каждый сварочный пост свою электропечь, а работу организовать так, чтобы электроэнерги€ потребл€≠лась от генератора непрерывно, когда выключе≠ние терморегул€тором одной электропечи сопро≠вождалось бы включением другой. “акой способ несколько ограничен в применении.

¬ключение последовательно в каждый сете≠вой провод индуктивности и увеличение емкости —ф позвол€ет обеспечить работу двух источников с потреблением 12-15 к¬т от генератора мощно≠стью 30 к¬т. “акой вариант решени€ требует до≠полнительных фильтров и вмешательства в элек≠трическую схему сварочного источника.

ƒл€ устранени€ искажений напр€жени€ гене≠ратора и уменьшени€ высокочастотных гармони≠ческих составл€ющих необходимо введение радиофильтра и сглаживающих конденсаторов в соответствии с рекомендаци€ми завода-изготови≠тел€ генератора и работы.


¬ р€де случаев необходимо модернизировать регул€тор напр€жени€ генератора (блок корректо≠ра напр€жени€), так как при дуговой сварке могут возникнуть низкочастотные колебани€ напр€же≠ни€, при которых мгновенные значени€ напр€же≠ни€ генератора превыс€т допустимые дл€ данно≠го типа инверторного источника. Ќапример, вме≠сто положительной обратной св€зи по току ввести отрицательную и изменить параметры корректи≠рующих звеньев регул€тора. Ёто требует вмешательства в электрическую схему генератора и не всегда приводит к желаемому результату.

–ис.17 - †Ћинейное напр€жение генератора Ѕ√-30:1 - холостой ход, 2 -при питании ƒ— 250.33

»спользование в инверторе LC-фильтра вме≠сто емкостного благопри€тно сказываетс€ на ра≠боте генератора позвол€ет исключить перена≠пр€жени€ и полностью использовать мощность.

»нверторный источник ƒ— 250 33 дл€ сварки покрытыми электродами предназначен дл€ рабо≠ты в т€желых трассовых услови€х, снабжен встро≠енными LC-фильтрами и адаптирован дл€ работы от автономных генераторов. Ќа рис 17 приведены осциллограммы линейного напр€жени€ генерато≠ра Ѕ√-30 при питании от него двух источников ƒ— 250 33 ¬идно, что перенапр€жени€ отсутствуют.

2.3 »нверторный аппарат ƒ— 250.33 дл€ сварки покрытыми электродами

¬ Ќѕѕ "“≈’Ќќ“–ќЌ" разра≠ботан новый аппарат ƒ— 250.33 дл€ сварки покрытыми электро≠дами.

15-летний опыт производст≠ва и эксплуатации инверторных сварочных аппаратов, освоение новых производственных техно≠логий и элементной базы с уче≠том современных мировых тен≠денций развити€ сварочного оборудовани€, а также опыт пе≠редовых компаний послужили основой дл€ создани€ инверторного аппарата нового поколени€.

√лавными требовани€ми при разработке аппарата были на≠дежность работы источника, вы≠сокий ѕ¬, простота эксплуата≠ции, широкий температурный диапазон работы, возможность работы от автономных источни≠ков питани€, хороша€ ремонто≠пригодность.

 орпус аппарата выполнен из литых алюминиевых панелей, обеспечивающих жесткость кар≠каса. ѕорошкова€ покраска па≠нелей и стенок предохран€ет по≠верхность от коррозии и мелких повреждений. ¬ыступающие на 15 мм панели защищают органы управлени€ от случайных повре≠ждений.

ѕри разработке органов управлени€ и отработке режи≠мов разработчики столкнулись с противоречием: одна часть по≠требителей сварочного оборудовани€ хотела бы иметь макси≠мум функций в аппарате, в том числе и импульсный режим рабо≠ты, удобный при сварке тонких деталей или в потолочном поло≠жении; друга€, не менее значи≠тельна€ часть - только необходимый минимум ручек и регули≠ровок. «адача была решена следующим образом. ¬ базовом варианте (рис.18, а) имеетс€ ре≠гулировка тока сварки и "форси≠ровани€" дуги.  роме того, мож≠но отключить "гор€чий старт" и выбрать наклон ¬ј’.

ѕри необходимости в источ≠ник вставл€етс€ блок импульсно≠го режима (вместо заглушки), в котором предусмотрены регули≠ровки тока пауза, времени им≠пульса и паузы. ¬рем€ сн€ти€ - установки блока 1 мин (рис.18, б).

Ќовый аппарат ƒ— 250.33 име≠ет следующие преимущества: в плавное регулирование сва≠рочного тока в диапазоне от 25 до 250 ј, точность задани€ тока - до 1 ј, контролируетс€ цифро≠вым индикатором.


“аблица є 4. “ехнические характеристики аппарата ƒ— 250.33

Ќапр€жение питани€, ¬

380, -15/+10%

ѕотребл€ема€ мощность, к¬ј

Ќе более 12

—варочный ток (плавно регулируемый), ј

25-250

Ќоминальный режим работы ѕЌ,%

ѕри 400

ѕри 200


65

100

ћаксимальный ток при ѕЌ=100%, ј

200

ƒиапазон рабочих температур, 0

-40 Ц 40

ћасса, кг

29

√абаритные размеры, мм

505х225х435



–ис.18 - †Ѕазовый вариант аппарата (а) и новый вариант ƒ— 250.33 с импульсным блоком (б)


Х †дистанционное †††управление сварочным током,

Х цифровую индикацию пара≠метров сварки† тока сварки (ј) и степени "форсировани€ дуги" (в относительных единицах);

Х пониженное напр€жение хо≠лостого хода 12¬,

Х систему†† "гор€чег старта", обеспечивающую легкое возбуж≠дение сварочной дуги;

Х устройство "антистик", защи≠щающее от прилипани€ элек≠трода;

Х возможность† регулировки "форсировани€" сварочной дуги, определ€ющей поведение сва≠рочного тока в момент уменьше≠ни€ и замыкани€ дугового проме≠жутка (рис.19), уменьшение "фор≠сировани€" снижает разбрызги≠вание металла, а увеличение - уменьшает веро€тность "прили≠пани€" электрода, увеличивает проплавление и давление дуги;

Х возможность выбора наклона ¬ј’ (0,4 или 1,25 ¬/ј), позвол€ет управл€ть переносом металла в зависимости от конкретных усло≠вий сварки и типа электрода, что особенно важно при сварке цел≠люлозными электродами;

Х автоматическое† отключение при перегреве, пониженном на≠пр€жении и отсутствии одной из фаз питающего напр€жени€;

Х заданный ток поддерживает≠с€ вне зависимости от колебаний напр€жени€ сети;

Х в высокое выходное напр€жение позвол€ет вести сварку при сум≠марной длине кабелей до 100 м;

Х возможна поставка с блоком импульсного режима (исполне≠ние 01) ¬ этом случае цифровой индикатор отображает значение тока паузы (ј), времени протека≠ни€ тока импульса и тока паузы (с). »мпульсный режим работы облегчает ведение процесса в различных пространственных положени€х, сварку деталей ма≠лой толщины и снижает требова≠ни€ к квалификации сварщика, например при сварке вертикаль≠ных и потолочных швов. ”правление тепловой мощностью дуги позвол€ет регулировать в широ≠ких пределах глубину проплавлени€ и скорость кристаллиза≠ции металла шва при сварке труб и металлоконструкций в любом пространственном положении. ¬о врем€ импульса тока мощ≠ность дуги нарастает, соответ≠ственно увеличиваетс€ количе≠ство расплавленного электрод≠ного и основного металлов. —нижение мощности дуги во врем€ паузы способствует уско≠ренной кристаллизации жидкого металла сварочной ванны с од≠новременным снижением коли≠чества основного и электродного металлов. »спользу€ импульс≠ный режим, можно обеспечить требуемую проплавл€ющую спо≠собность дуги без опасности про≠жогов и получить большее коли≠чество наплавленного металла в единицу времени. ѕри этом уп≠рощаетс€ технологи€ однопро≠ходной сварки и выполнение кор≠невых проходов при многослой≠ной сварке труб и металлоконст≠рукций без подкладок даже при больших допусках на сборку, по≠вышаетс€ эффективность про≠цесса сварки и улучшаетс€ фор≠мирование швов. ѕлавное очер≠тание и† мелка€ чешуйчатость

швов соответствуют выбранно≠му режиму пульсации дуги.

ѕитание источника осущест≠вл€етс€ от стационарной трех≠фазной сети напр€жением 380 ¬ (50 √ц). ¬озможны колебани€ на≠пр€жени€ -15/+10 % (от 320 до 420 ¬) и колебани€ частоты -5/+15 √ц (от 45 до 65 √ц).  пд ис≠точника около 85 %.

ѕредусмотрено питание ис≠точника от генератора (в со≠ставе передвижных машин). ѕри этом аппарат потребл€ет не бо≠лее 12 к¬ Х ј на максимальном токе (250 ј). » если при питании от стационарной сети это озна≠чает просто экономию электро≠энергии, то при питании от ди≠зель-генератора существен≠ный выигрыш в количестве по≠стов.

¬озможно использование двух аппаратов при питании от гене≠ратора мощностью 30 к¬т и четырех-п€ти аппаратов - от гене≠ратора на 60 к¬т.

ѕитание обычного инверторного источника от генератора имеет некоторые особенности.




–ис.19 - †¬ј’ источника при слабом (1) и сильном (2) "форсировании" свароч≠ной дуги


Ѕольшинство генераторов рас≠считано на активно-индуктивную нагрузку, при которой с ростом потреблени€ напр€жение пита≠ни€ падает. ѕоэтому производи≠тели устанавливают на генера≠торе корректор напр€жени€, ко≠торый создает положительную обратную св€зь по току, компен≠сиру€ падение напр€жени€ на нагрузке. ќбычный инверторный источник имеет емкостной харак≠тер потреблени€, поэтому с рос≠том нагрузки напр€жение на ге≠нераторе возрастает, а наличие корректора напр€жени€ приво≠дит к еще большему его росту. –езультатом может быть выход из стро€ и инвертора, и самого генератора от перенапр€жений. „тобы избежать этого, приходит≠с€ снижать напр€жение холо≠стого хода генератора, использовать его не на полную мощ≠ность или ставить дополнитель≠ные фильтры.

јппарат ƒ— 250 33 полно≠стью лишен указанных недос≠татков. ¬строенный LC-фильтр обеспечивает питание источни≠ка от генератора. јппарат адап≠тирован к работе с любым гене≠ратором, обеспечивающим не≠обходимые напр€жение, часто≠ту и мощность.

»сточники используютс€ в составе передвижных ремонт≠ных мастерских на базе автомо≠билей " амј«" "”–јЋ", тракто≠ров ƒ“-75 ““-4ћ и “ƒ“-55ј. ѕри этом аппарат ƒ— 250 33 комплек≠туетс€ набором амортизаторов, силовыми кабел€ми и дистанци≠онным управлением на 25м. ¬оз≠можно удлинение кабелей до 50 м (суммарна€ длина 100 м).

 онструктивно внутреннее оснащение источника элемента≠ми выполнено по принципу "тру≠бы", через которую воздух прого≠н€етс€ вентил€тором. ƒном и бо≠ковыми стенами служат соответственно "трубы", †дно и боковые стенки источника верхн€€ же стенка представл€ет собой "гребенку" радиатора. Ќа радиаторе в верхней части источника нахо≠д€тс€ силовые элементы и сис≠тема управлени€ в нижней час≠ти внутри "трубы" силовой трансформатор выходной дрос≠сель и другие элементы. “аким образом источник как бы разде≠лен на две части. “ака€ компо≠новка дает €вные преимущества, †во-первых резко возрастает ин≠тенсивность охлаждени€ радиа≠торов во-вторых, пыль, котора€, учитыва€ возможные места ис≠пользовани€ источника, может иметь и металлическую состав≠л€ющую не попадает в верхнюю часть источника, где находитс€ наиболее чувствительна€ к ней система управлени€.

јппарат имеет микропроцес≠сорное управление. Ёлектрон≠ные платы собраны по техноло≠гии поверхностного монтажа, имеют защитную маску и покры≠ты двойным слоем лака. ¬се элементы рассчитаны на темпера≠турный диапазон работы от -40 до 40 ∞—.

Ёлектронные платы не тре≠буют дополнительной настрой≠ки имеют быстроразъемные со≠единени€ и могут быть заменены в течение 30 мин.

јппараты проход€т периоди≠ческие испытани€ в камере теп≠ла и холода при температуре от -40 до 40 ∞— на вибростенде, стенде радиопомех и при пита≠нии дизель-генератора мощно≠стью 30 к¬т. ѕеред отправкой по≠требителю все аппараты испы≠тывают на полигоне.

»нверторный аппарат ƒ— 250 33 дл€ сварки покрытыми электродами предназначен дл€ работы в цеховых и трассовых услови€х при питании как от ста≠ционарной сети, так и от генера≠тора. ќн сочетает в себе совре≠менные достижени€ в области техники и технологии сварки с простотой и удобством эксплуа≠тации.

2.4 ”ниверсальный сварочный инверторный источник общего назначени€ Invertec V300-1

¬ отечественном сварочном производстве давно существует потребность в надежном инверторном источнике на ток 300 ј. ѕри этом с точки зрени€ потребительских свойств (массы, минимума пульса≠ций, отсутстви€ непри€тного звука) это должен быть высокочастотный, т.е. транзисторный инвертор. ќсновными недостатками выпускаемых в насто€щее врем€ машин такого класса €вл€ютс€ низка€ ѕ¬ и недостаточный диапазон рабочих температур. Ёто в сочетании с высокой ценой сдерживает массово применение инверторных источников.

—егодн€ на российском рынке по€вилась машина без указанных недостатков, учитывающа€ все тонкос≠ти эксплуатации сварочного оборудовани€ на россий≠ских предпри€ти€х.

»нверторный источник питани€ Invertec V300-1 €вл€етс€ базовым дл€ целой серии инверторов фирмы The Lincoln Electric Company и предназначен дл€ ручной дуговой сварки штучным электродом, аргонодуговой неплав€щимс€ электродом, механизи≠рованной сплошной или порошковой проволокой. ќсновные технические характеристики машины приведены в таблице є5.


“аблица є 5

—еть питани€

Ќоминальные выходные параметры

¬ыходной ток, ј при напр€жении, ¬

—варочный ток, ј

√абаритные размеры, мм

ћасса, кг


“ок, ј

Ќапр€жжение, ¬

ѕ¬, %

200

220

380

415

440


“рЄхфазна€

300

32

60

43

39

25

25

22

5-300

475х274х564

29

50/60 √ц

250

30

100

34

41

20

20

8

ќднофазна€

300

32

60

53

47

32

32

29

50/60 √ц

250

30

100

42

39

25

25

22


¬ основе конструкции лежит транзисторный инвертор с частотой преобразовани€ 20 к√ц. ¬ысока€ частота позвол€ет исключить характерное дл€ источников такого рода непри€тное звучание, особен≠но на больших токах, а также дает исключительно гладкую выходную характеристику и большие возмож≠ности дл€ управлени€ основными сварочными параметрами током (падающа€ характеристика) или напр€жением (жестка€).

”становку режимов и параметров сварки выполн€≠ют с помощью органов управлени€, расположенных на передней панели источника (рис 20).

“ип используемого процесса устанавливают с помощью п€типозиционного переключател€:

1. GTAW - аргонодугова€ сварка неплав€щимс€ электродом. ѕозвол€ет легко возбуждать дугу путем касани€ электродом издели€ либо с помощью высоко≠частотного устройства.

2 —— SOFT - крутопадающа€ характеристика, "м€гка€" дуга. –екомендуетс€ дл€ ручной дуговой сварки электродами с основным покрытием типа ≈’’18-≈’’28 по AWS;

3. —— CRISP - пологопадающа€ характеристика, "жестка€" дуга. »спользуетс€ дл€ ручной дуговой сварки электродами с целлюлозным покрытием типа ≈’’10-≈’’14 по AWS. ƒанный режим можно также примен€ть дл€ разогрева издели€ электрическим током и выполнени€ теста работоспособности аппара≠та подачей активных нагрузок.

4. CV FCAW - жестка€ характеристика –екоменду≠етс€ дл€ механизированной сварки газозащитной или самозащитной порошковой проволокой.

5. CV GMAW - жестка€ характеристика ѕримен€ет≠с€ при механизированной сварке сплошной проволо≠кой в защитном газе. —варку можно вести в режимах переноса металла сери€ми в процессе коротких замыканий, а также капельного или струйного перено≠са. ѕри сварочном напр€жении ниже 16 ¬ сварку сплошной проволокой в защитном газе рекомендуетс€ выполн€ть в режиме CV FCAW.

–егулировку выходной мощности во всем диапазо≠не обеспечивает плавный регул€тор «аданные значени€ напр€жени€ или тока (в зависимости от выбранного режима) индицируютс€ на жидкокристал≠лическом дисплее. ¬о врем€ сварки дисплей показы≠вает реальные значени€ тока или напр€жени€, измер€емые на выходных клеммах источника. ƒл€ выбора индицируемого параметра достаточно устано≠вить в необходимое положение специальный тумблер, расположенный р€дом с индикатором ƒл€ установки правильной пол€рности измер€емого напр€жени€ используют двухпозиционный переключатель, распо≠ложенный на задней стенке корпуса машины.

»сточник оснащен специальным регул€тором форсировани€ дуги или индуктивности сварочного контура Arc Fcrce / Inductance Control (рис.21), который примен€ют во всех указанных сварочных процессах за исключением аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом (GTAW). ѕри крутопадаю≠щей вольт-амперной характеристике регул€тор измен€ет ток короткого замыкани€, управл€€ степенью активности сварочной дуги в момент закорачивани€ дугового промежутка. ƒуга становитс€ "м€гкой" при установке регул€тора на минимальные значени€ по относительной шкале. ѕри максимальных значени€х давление проплавлени€) дуги увеличиваетс€, она становитс€ более подвижной. ѕри этом увеличиваетс€ разбрызгивание.


ѕри жесткой вольт-амперной характеристике регул€тор измен€ет количество индуктивности вводимой в сварочную цепь. ѕри этом измен€етс€ динамика роста или снижаетс€ сварочный ток при изменении напр€жени€ вследствие вли€ни€ так называемого 'ѕинч-эффекта". ѕоследнее наиболее ощутимо при сварке на режиме переноса металла сери€ми коротких замыканий.


–ис.20 Ц ѕанель управлени€ источника Invertec V300-1


ѕри сварке порошковой проволокой рекомендуетс€ устанавливать регул€тор в положение, соответствующее максимуму. ƒл€ сварки сплошной проволокой в —ќ2 или смеси газов с большим содержанием —ќ2 на шкале устанавливают одно из значений верхней половины диапазона. ѕри использовании в качестве защитной среды смеси инертных газов рекомендуетс€ перва€ половина шкалы.

»сточник имеет возможность дистанционного управлени€ путем подачи напр€жени€ на выходные терминалы и регулировки выходной мощности с помощью двух двухпозиционных переключателей установки режима дистанционного управлени€. ќдин из них управл€ет подачей напр€жени€ на выходные клеммы источника. ѕри этом возможны два положе≠ни€: на клеммах посто€нно присутствует потенциал (ручна€ дугова€ сварка штучными электродами, аргонодугова€ сварка вольфрамовым электродом, воздушна€ строжка) и потенциал подаетс€ на клеммы только при нажатии кнопки на горелке (механизиро≠ванна€ сварка).

ƒругой тумблер выбирает режим регулировки выходной мощности, управление которой может происходить либо с помощью регул€тора, установ≠ленного непосредственно на источнике, либо со специального пульта дистанционного управлени€ ƒлина стандартных кабелей пульта ƒ” составл€ет 7,6 или 30,2 м. ƒопускаетс€ параллельна€ работа двух источников дл€ увеличени€ выходной мощ≠ности.

“акое разнообразие режимов и функций предпола≠гает использование источника питани€ lnvertecV300-1 с большим количеством дополнительного оборудова≠ни€. ƒалее рассматриваютс€ примеры наиболее распространенного применени€ источника.

јргонодугова€ сварка неплав€щимс€ электро≠дом. ƒл€ использовани€ вместе с источником разра≠ботан специальный блок DC TIG Starter, креп€щийс€ под источником и увеличивающий его высоту на 20 см. ѕри этом полностью сохран€етс€ легкость и удобство при переноске. Ѕлок обеспечивает следующие функции: высокочастотный старт дуги без касани€ электродом детали; управление подачей инертного газа, фиксированную предварительную подачу и программируемую задержку отключени€ газа; регули≠ровку спада тока при заварке кратера; выбор двух или четырехшагового сварочного цикла.

ћеханизированна€ сварка в цеховых услови€х. »сточник питани€ Invertec V300-1 обеспечивает использование практически всех подающих уст≠ройств производства The Lincoln Electric Companv. “акже возможно подключение подающих механиз≠мов, работающих на переменном токе при 42 или 115 ¬. ƒиапазон тока, равный 5-350 ј, позвол€ет использовать проволоку диаметром 0,6-1,6 мм э функци€ управлени€ индуктивностью - точно под≠строить сварочную систему дл€ конкретного применени€.


–ис.21 Ц а) жЄсткие выходные характеристики при различном положении регул€тора Inductance Control; б) падающие выходные характеристики при различном положении регул€тора Arc Force.


ћеханизированна€ сварка в монтажных услови≠€х. ƒл€ этого рекомендуетс€ примен€ть подающии механизм LN-25, который не требует кабел€ управлени€ и питани€, а работает при включении в сварочную цепь.  омплект Invertec V300-1/LN-25 зарекомендо≠вал себ€ при использовании на открытых строитель≠ных площадках, стапел€х, при проведении ремон≠тных работ на открытом воздухе, т е везде, где требуетс€ максимальна€ мобильность и транспорта≠бельность.

ћеханизированна€ сварка цветных металлов и сложных сталей. —пециальный блок MIG Pulser позвол€ет примен€ть источник питани€ Invertec V300-1 дл€ импульсной сварки. Ѕлок включаетс€ в цепь кабел€ управлени€ между источником и подающим механизмом. ƒиапазон частотного регулировани€ 20-300 √ц. ƒопускаетс€ раздельна€ установка базово≠го и пикового тока. ѕрименение блока позвол€ет выполн€ть импульсную сварку алюмини€ и коррозионно-стойкой стали с высоким качеством. ƒл€ сварки алюмини€, особенно в монтажных услови€х, рекомендуетс€ использовать в комплекте с источни≠ком питани€ Invertec V300-1 специализированный полуавтомат COBRAMATIC, оборудованный системой горелок Push-Pull. Ёта система позвол€ет использо≠вать горелки со шлангами длиной до 15 м дл€ подачи алюминиевой проволоки диаметром 0,8-1,6 мм. ѕри этом возможна сварка алюминиевых конструкций практически любых формы и размеров.

—варка трубопроводов в полевых услови€х.

ѕри использовании специализированного полуавтомата LN-23P можно примен€ть источник Invertec V300-1 дл€ качественной и высокопроизводительной сварю, труб комбинированным методом штучный электрод + порошкова€ самозащитна€ проволока. —хема использовани€ комплекта: корневой шов выполн€ют штучным электродом с основным (Lincoln 16P) или целлюлозным (Eleetweld 5P+) покрытием. √ор€чий заполн€ющий и облицовочный проходы выполн€ют порошковой самозащитной проволокой (Innershiek NR-207 или NR-208H). ¬ св€зи с тем, что выходные сварочные характеристики источника не завис€т от колебаний частоты входного напр€жени€ а также учитыва€ низкую потребл€емую мощность, можно одновременно использовать несколько аппаратов при питании их от дизель-генераторов переменного токе на 220 или 380 ¬. ѕрименению данного оборудовани€, †способствуют также его малые масса и габаритные размеры, возможность работы при температуре -40 - 40 ∞— и высока€ степень защиты от вли€ни€ окружающей среды.


2.5 —варочные инверторные аппараты MOS 138E,

MOS √68≈, MOS 170E

- —варочный ток - посто€нный. —варка различных материалов как

на пр€мой, так и на обратной пол€рности;

- TIG - дл€ сварки стали, нержавеющей стали, меди, никел€
толщиной от 0,5 мм;

- ‘ункци€ Ђ√ор€чий стартї - дл€ облегчени€ первичного
возбуждени€ сварочной дуги;

- ‘ункци€ Ђјнти-липкийї помогает избежать перегревани€
электрода, защища€ его металлургические свойства;

- ‘ункци€ ЂARC FORCEї - стабилизаци€ сварочной дуги;

- «ащита от перегрева;

ќборудование дл€ дуговой TIG сварки (вольфрам, инертны газ), изготовл€емое по технологии INVERTER дает возможность соедин€ть металлические детали плавлением. Ёто позвол€в делать неразъемные соединени€ под действием выдел€емой теплоты при электродуговом разр€де между концом электрода основным материалом сварки.

“аким образом, металлические части соедин€ютс€ расплавом. Ќова€ электронна€ технологи€ позвол€ет изготавливать оборудование, отличающеес€ особыми свойствами: меньшим весом и малым потребл€емым током. “ехнические характеристики аппаратов приведены в таблице є6.

“аблица є 6

Ќаименование оборудовани€

–азмерность

MOS 138E

MOS 168E

MOS 170E

Ќапр€жение сети

¬ (50-60 √ц)

1 фазах 230

1 фазах 230

1фаза230

ћаксимальный ток сети

ј

16

16

16

ѕотребл€ема€ мощность

к¬ј

2,5

3,0

3,5

 оэффициент мощности

cos<φ

0,8

0,8

-

Ёффективность

η

0,85

0,85

-

Ќапр€жение холостого хода

¬

90

90

70

ѕределы†††† регулировани€

ј

5-130

5-150

5-160

ƒиаметр† используемого материала

мм

1,6-3,2

1,6-4,0

1,6-4,0

–абочий цикл

ј

130-20 %

75-60 %

140-15 %

90-60 %

160-20 %

115-60 %

√абариты

мм

275x130x170

320x130x170

320x130x170

¬ес

кг

3,8

4,0

4,0

ƒополнительные


DS10/TG17

DS10/TG17

TG17

по желанию: кейс дл€ переноса аппарата



2.6 »нверторный сварочный аппарат POWER MAN

—варочные аппараты инверторного типа €вл€ютс€ наиболее современными и технически сложными источниками сварочного тока. ¬ отличие от сварочных трансформаторов и выпр€мителей у инверторов отсутствует силовой трансформатор. –аботают они следующим образом. Ќапр€жение однофазной сети промышленной частоты преобразуетс€ входным выпр€мителем в посто€нное напр€жение. Ёто напр€жение в свою очередь преобразуетс€ с помощью инвертора (очень сложного электронного устройства) в переменное повышенной частоты, которое затем поступает на понижающий высокочастотный трансформатор. ¬торична€ обмотка трансформатора нагружена на диодный выпр€митель, к выходу которого через сглаживающий дроссель подключены электрод и изделие.

јппарат выполнен в металлическом корпусе, удобном дл€ его переноски. Ќа лицевой панели аппарата размещены органы управлени€ и индикации, силовые разъемы дл€ подключени€ рабочих кабелей. Ќа задней панели расположен вентил€тор дл€ принудительного охлаждени€ электронных схем и силовых блоков аппарата и автомат включени€. “ехнические характеристики приведены в таблице є7.



“аблица є7

ћодель,†† †POWER ћјN

160ј

200ј

230ј

250ј

300ј

ѕотребл€ема€ мощность,  ¬т

4

6

10

12

13,5

Ќапр€жение сети 50/60√ц, ±10%

220

220

220

220

220

Ќапр€жение холостого хода, ¬

78

80

ƒиапазон сварочного тока, ј

20-160

20-200

20-230

20-250

10-300

–абочий цикл на максимальном токе, %

60

60

60

60

60

√абариты, мм

130х210х370

150х240х400

200х240х450

200х320х480

ћасса, кг

7

9,5

12

14,5

18

Ѕлок понижени€ напр€жени€ холостого хода

есть

есть

есть

есть

есть

¬ некоторых аппаратах моделей 230ј, 250ј, 300ј значение Imax может быть меньше на 5 % от значени€ указанного в таблице.

 омплектаци€:

¬ комплект поставки входит:

-  инвертор,

-  инструкци€,

-  комплект кабельных соединителей,

-  наплечный ремень ( кроме моделей 250ј, 300ј)

POWER MAN - компактный, легкий, экономичный инверторный свароч≠ный аппарат дл€ ручной дуговой сварки штучными электродами (ћћј), может быть использован дл€ сварки неплав€щимс€ электродом в среде защитного газа при контактном возбуждении дуги (TIG).† јппараты серии POWER MAN предназначены дл€ промышленного ис≠пользовани€ и в бытовых цел€х. Ќебольшие габариты и вес аппарата позвол€ют сварщику свободно перемещатьс€ по всей площади произ≠водимых работ, что делает работу с ним простой и удобной. јппараты могут эксплуатироватьс€ при температуре окружающего воз≠духа в диапазоне от минус 20∞— до плюс 40∞— и относительной влаж≠ности до 80% при 25∞— и более низких температурах без конденсации влаги.  онденсаци€ может образовыватьс€ в следующих случа€х:

-  если аппарат внесен в теплое помещение из холода (не используйте
аппарат в течение 2 часов);

-  если окружающа€ температура резко снизилась;

-  если аппарат был перенесен из более прохладного помещени€ в бо≠лее теплое и влажное.


—хема подключени€ изображена на рисунке 22.


–ис.22 Ц схема подключени€.


Ѕиблиографический список

1. –ама –.—. ќсновы силовой электроники/ –ама –.—. : перев. с англ. ћасалова ¬.¬. Ц ћосква: “ехносфера, 2006. Ц 288.:ил. Ц (ћир электроники);

2. √оттлиб ».ћ. »сточники питани€. »нверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы/ ».ћ. √оттлиб; перев. с англ.: ј.Ћ. Ћарина, —.ј. Ћужанского, - ћосква.: ѕостмаркет, 2000, - 552с.: ил. Ц (Ѕ-ка современной электроники);

3. ћалешин ¬.». “ранзисторна€ преобразовательна€ техника/ ¬.». ћелешин, - ћосква.: “ехносфера, 2005, - 632с.: ил. Ц (ћир электроники);

4. ћиронов —. »нверторные источники питани€ дл€ дуговой сварки// —варочное производство. 2003. є 4. —тр. 41-43.;

5. √ецкин ќ.Ѕ.,  удров ».¬., яров ¬.ћ. ќсобенности работы сварочных инверторов от автономных источников питани€// —варочное производство. 2004. є 4. —тр. 53-55.;

6. √ецкин ќ.Ѕ.,  удров ».¬., яров ¬.ћ. »нверторный аппарат ƒ— 250.33 дл€ сварки покрытыми электродами// —варочное производство. 2004. є 2. —тр. 19-21.;

7. »оффе ё.≈., ћожайский ¬.ј. ”ниверсальный сварочный инверторный источник общего назначени€ Invertec V300-1// —варочное производство. 1998. є 1. —тр. 44-46.;

8. ѕаспортные данные некоторых инверторных сварочных аппаратов имеющихс€ в продаже† магазина Ђ»нтер—варкаї.


»Ќ¬≈–“ќ–Ќџ≈ »—“ќ„Ќ» » ѕ»“јЌ»я ƒЋя ЁЋ≈ “–ќƒ”√ќ¬ќ… —¬ј– » ††††††††††††††††††††††††††††

Ѕольше работ по теме:

ѕредмет: ƒетали машин

“ип работы: –еферат

найти  

ѕќ»— 

Ќовости образовани€

 ќЌ“ј “Ќџ… EMAIL: MAIL@SKACHAT-REFERATY.RU

—качать реферат © 2018 | ѕользовательское соглашение

—качать      –еферат

ѕ–ќ‘≈——»ќЌјЋ№Ќјя ѕќћќў№ —“”ƒ≈Ќ“јћ