Инверторные источники питания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Инверторные источники питания



Введение

инверторный сварочный индуктивный питание

Тема курсовой работы «Инверторные источники питания».

Актуальность данной темы является:

- хорошие массогабаритные характеристики;

- экономичность и высокий КПД;

- «навороты» типа горячий старт, антизалипание электрода;

- автоматический переход в режим пониженного потребления в паузах между сварками;

- возможность дистанционного беспроводного управления.

Объектом исследования курсовой работе выступает: Инверторный источник питания.

Предметом исследования является принцип действия сварочного инвертора и ее особенности.

Цель курсовой работы - изучить конструкцию сварочного инвертора и ее особенности, свойства и характеристики.

Для достижения указанной цели, в работе поставлены следующие задачи:

- изучить исторический аспект изобретения;

- изучить устройство сварочного инвертора;

- изучить принципиальную схему сварочного инвертора;

- перечислить типы сварочных инверторов;

- перечислить достоинства и недостатки сварочных инверторов.



1. Основная часть

1.1 Общие сведения

инверторный сварочный индуктивный питание

Сварочный инвертор - это один из видов источника питания сварочной дуги. Основное назначение всех сварочных источников - обеспечивать стабильное горение сварочной дуги и её легкий поджиг. Одним из самых важных параметров сварочного процесса является его устойчивость к колебаниям и помехам. Существует несколько видов источников питания сварочной дуги - трансформаторы, дизельные или бензиновые электрогенераторы, выпрямители и инверторы. Инверторный источник сварочного тока появился в XX веке, а в начале XXI века стал одним из самых популярных сварочных аппаратов для всех видов дуговой сварки.

Инвертором называется прибор, схема, или система, которая создает переменное напряжение при подключении источника постоянного напряжения. Существует другой способ определения: инверсия - функция обратная выпрямлению. Выпрямители преобразуют переменное напряжение в постоянное, а инверторы наоборот, превращают постоянное напряжение в переменное. Инвертор питается энергией от источника постоянного напряжения и выдает переменное напряжение, а выпрямитель подключен к источнику переменного напряжения и имеет на выходе постоянное напряжение.

1.2 История возникновения

В начале 60-ых годов ХХ века получили широкое применение полупроводниковые электроприборы. Именно в то время был изобретен первый импульсный преобразователь для сварки, по сути первый сварочный инвертор.

Впервые инверторный выпрямитель появился на рынке еще в 1977 году, и с тех пор его устройство очень изменилось, в соответствии с новыми технологиями в электронике.

Настоящий прорыв, который сделал такие устройства применимыми, произошел уже ближе к 90-ым годам, с внедрением ферромагнитных сплавов и возможности работать на ультравысоких частотах.

Уже в XXI веке, благодаря широкому распространению IGBT-транзисторов, инверторы стали еще меньше, а также, значительно дешевле. Конечно, и сейчас можно встретить дорогие «умные» машины, в которых используется микропроцессор для контроля параметров и полностью автоматической работы.

1.3 Принцип действия сварочного инвертора

1. Сварочный инвертор представляет собой малогабаритное устройство с питанием от обычной или промышленной сети переменного напряжения в 220 или 380 вольт. Он обеспечивает на выходе стабильный ток необходимой силы и напряжения, для возбуждения и поддержания сварочной дуги. При этом сварочный инвертор имеет множество настроек и очень удобен в работе.

2. Как известно, в обычной домашней электрической сети используется переменный ток с напряжением 220 вольт и с частотой 50 Гц. Такой электрический ток не подходит для сварочных работ, поэтому и нужен сварочный инвертор. Он преобразует напряжение и ток в подходящие для возбуждения и поддержания сварочной дуги. Кроме того, он позволяет изменять их в широких пределах.

3. При включении сварочного инвертора в сеть напряжение попадает на так называемый первичный выпрямитель. Здесь переменный ток превращается в постоянный того же напряжения - 220 вольт. Затем он поступает в инверторный блок.

4. Эта часть является одной из основных в устройстве сварочного инвертора. В инверторном блоке постоянный ток превращается снова в переменный, но он имеет частоту не 50 Гц, а несколько десятков килогерц. Здесь применяются мощные высокочастотные транзисторы и тиристоры.

5. Дальше уже высокочастотное напряжение поступает на трансформатор. Он понижает напряжение тока, одновременно повышая его силу. Здесь кроется секрет компактности сварочного инвертора - высокочастотные трансформаторы имеют гораздо меньшие размеры и массу по сравнению с низкочастотными.

Если бы напряжение не преобразовывалось в инверторном блоке, то трансформатор для частоты тока в 50 Гц был бы неприемлемо большим и тяжелым. Кроме того, потери тока в высокочастотном трансформаторе, в том числе уходящие на его нагрев, гораздо меньше, а это обеспечивает

более стабильную работу сварочного инвертора и больший коэффициент полезного действия - порядка 90%.

Следующий этап - вторичный выпрямитель, в котором переменный ток уже нужного напряжения снова преобразуется в постоянный. Затем он через кабель подается на сварочный электрод.

Но это только основы - на самом деле сварочный инвертор устроен гораздо сложнее. В его устройстве есть еще управляющие блоки на основе микропроцессоров. Они включены по принципу обратной связи-то есть реагируют на малейшее отклонение тока и напряжения от оптимальных, постоянно корректируя их. Эти блоки контролируют работу всех остальных узлов сварочного инвертора, обеспечивая его стабильную работу.

Такой жесткий контроль над током и напряжением позволяет получать самые разнообразные его характеристики. В зависимости от свариваемого металла или условий сварки можно устанавливать разнообразные вольтамперные характеристики тока.

Поэтому один сварочный инвертор можно применять для сварки практически любого металла.

Кроме того, сварочный инвертор позволяет менять полярность тока на электроде. При прямой полярности «плюс» подается на клемму, которая присоединяется к детали, и «минус» - к сварочному электроду. Однако иногда их нужно поменять - например, при сварке алюминия с обратной полярностью его прочная и тугоплавкая оксидная пленка легко разрушается и сварка намного упрощается. Сварочный инвертор позволяет менять полярность тока легко и просто.

1.4 Особенности сварочного аппарата инверторного типа

Самым основным достоинством, о котором говорилось выше, считается вес инвертора. Он в несколько раз меньше, чем у обычного сварочного аппарата. Кроме того, в качестве еще одного достоинства можно отметить возможность использования для выполнения сварочных работ электродов переменного, а также постоянного тока.

Этот показатель важен при работе с цветными металлами и чугунными деталями.

Инвертор для сварки оснащается специальной регулировкой силы сварочного тока. У нее достаточно широкий диапазон, что не характерно для сварочных агрегатов прошлого. Чем это хорошо? Тем, что появляется возможность использования сварки аргонодугового типа с помощью неплавящегося электрода.

Несколько полезных усовершенствований, которыми обладают современные сварочные инверторы.

а) Это наличие такой функции, как «горячий старт». Она создана для удобного поджига электрода. При ее включении возникает ток, обладающий максимальным значением.

б) Еще одна полезная функция предназначена для снижения силы сварочного тока до минимального показателя. Это необходимо при коротком замыкании, чтобы не возникло залипания электрода при контакте с рабочей поверхностью.

в) Но это еще не все, еще одно усовершенствование носит название «ARC FORCE», оно отвечает за предотвращение залипания в тот момент, когда происходит отрыв капли металла, сила тока увеличивается до оптимального параметра.

Сварка дугового характера - достаточно трудоемкая и ответственная работа. Чтобы выполнить ее на высоком уровне, рабочий (сварщик) должен иметь за своими плечами и опыт, и определенные знания. Создание сварочного аппарата инверторного характера намного упростило процесс сварки, чем исключило некоторые из имевшихся проблем.

а) Первая из них касается процесса поджигания дуги. У сварочных аппаратов прошлого (трансформаторного типа) напряжение на выходе является пропорциональным входному. Так как наши электрические сети не отличаются высоким стабильным напряжением, то возможность поджигания дуги становится очень сомнительной, так как при таких условиях происходит залипание электрода. Если же действовать методом добавления трансформаторного тока, то возникает ситуация пережигания металла.

б) Конструкция сварочного аппарата (инвертора) полностью противоположна трансформатору, в ней выходное напряжение не имеет зависимости от входного, и сила сварочного тока находится в стабильном состоянии, даже несмотря на низкое напряжение в сети. В результате этого вы получаете дугу устойчивого характера с отсутствием процесса залипания электродов.

в) Сварочные аппараты трансформаторного типа частенько дают результат в виде пережженного или недожженного металла. Зависит это от стабильности значения силы тока в процессе сварки. А она напрямую зависит от напряжения электросети. В случае пережженного металла шов будет некачественным, слабым и подверженным образованию различных дефектов, например появлению отверстий.

При противоположной ситуации, когда металл недожжен, опять же страдает качество шва. При работе со сварочным инвертором таких ситуаций не возникает, так как сила тока в нем не колеблется и остается стабильной на протяжении всего периода работы.



2. Разновидности сварочного инвертора

2.1 Последовательный инвертор

Электрическая схема, рабочие фазы и формы выходных сигналов последовательного инвертора изображены на рисунке 1. Такая схема называется последовательным инвертором, поскольку в ней нагрузочное сопротивление включено последовательно с емкостью. R - нагрузочное сопротивление, L и С - коммутационные элементы. Такой тип инвертора содержит два тиристора.

Рассмотрим подробнее фазы работы такой схемы.

Фаза I. Тиристор Т1 включается в момент времени to. Начинается заряд конденсатора от источника питания. Последовательная цепь R, L и С формирует синусоидальный ток через нагрузочное сопротивление и выполняет функцию демпфирующей цепи. Когда ток в цепи уменьшается до нуля, тиристор Т1 запирается.

Напряжение на нагрузочном сопротивлении находится в фазе с током тиристора. Формы напряжений VL и Vc можно получить с помощью теоремы Кирхгофа: (VL+ Vc = E), величины VL и Vc должны удовлетворять условиям этого уравнения.

Фаза II. Тиристор Т2 не должен включаться сразу после того, как ток через тиристор Г, уменьшится до нуля. Для лучшего запирания тиристора Т1, к нему необходимо приложить небольшое обратное напряжение. Если тиристор Т2 включается без запаздывания, или мертвая зона отсутствует, напряжение источника питания замыкается через открытые тиристоры Т1 и Тг. Если оба тиристора находятся в закрытом состоянии, то VR = 0, VL= 0, следовательно, L di/dt = 0 и конденсатор С остается незаряженным.

Фаза III. В момент времени t2 тиристор Т2 включается и инициирует отрицательный полупериод. Конденсатор разряжается через L, R и Т2. Следует заметить, что электрический ток через нагрузочное сопротивление R протекает в противоположном направлении. В момент времени, когда этот ток уменьшается до нуля, тиристор Т2 выключается. Формы напряжений VL и Vc можно получить с помощью теоремы Кирхгофа: (VL + Vc = 0), величины VL и Vc должны удовлетворять условиям этого уравнения.

а) электрическая схема;

б) фазы работы схемы;

в) формы напряжений и токов в цепях последовательного инвертора

Если тиристор Т1 запустить с задержкой на величину мертвого времени, вышеупомянутые процессы повторятся.

Преимущества:

а) Простая конструкция.

б) Выходное напряжение близко к синусоидальному.

Недостатки:

а) Индуктивность L и конденсатор С имеют большие габариты.

б) Источник питания используется только в течение положительного полупериода.

в) В выходном напряжении имеются высшие гармоники из-за наличия мертвой зоны



Рисунок 1: а) Электрическая схема б) Фазы работы схемы в) Формы напряжений и токов в цепях последовательного инвертора

Последовательный инвертор лучше всего подходит для высокочастотных устройств, так как для требуемых значений 1 и С уменьшаются их габариты. Время периода для одного цикла составляет: T0=T + 2td. где Г = l/ft и t6 - мертвое время.

Выходная частота последовательного инвертора всегда меньше резонансной частоты вследствие наличия мертвой зоны.

Значение выходной частоты может варьироваться путем изменения мертвого времени.



Рисунок 2. Форма выходного напряжения последовательного инвертора

2.2 Параллельный инвертор

Базовая схема параллельного инвертора изображена на рис. 2а. Когда ключ 1 замкнут, помеченные точкой выводы обмоток A, D и С имеют положительный потенциал. Выходное напряжение - положительное. Во второй половине периода ключ 1 размыкается и замыкается ключ 2. Помеченные точкой выводы обмоток A, D и С имеют отрицательный потенциал и выходное напряжение - отрицательное.

Электрическая схема, рабочие фазы и формы выходных сигналов параллельного инвертора изображены на рис. 2. Параллельные инверторы применяются в низкочастотных устройствах. В них используются трансформатор с отводом из центра первичной обмотки, два тиристора и коммутирующий конденсатор. Источник питания включается между центральным выводом и общей точкой катодов тиристоров.

Эквивалентное нагрузочное сопротивление, пересчитанное в цепь первичной обмотки, подключено параллельно коммутационному конденсатору. Следовательно, инвертор такого типа является параллельным.

В момент времени t= tx тиристор Т1 включается. Напряжение источника питания Е приложено к обмотке трансформатора А. Согласно закону самоиндукции такое же напряжение Е индуцируется на обмотке трансформатора В, но противоположной полярности. Поскольку обмотки А и В соединены последовательно, на них будет суммарное напряжение 2Е. Этим напряжением конденсатор предварительно заряжается до напряжения +2Е.

В момент времени t= t2 тиристор Т2 включается. Полярность напряжений на обмотках А и В меняется на обратную, к конденсатору, и тем самым к тиристору Т1, прикладывается обратное напряжение, за счет чего тиристор Т1 выключается. Полярность напряжения на конденсаторе меняется, и он перезаряжается до напряжения - 2Е. Также меняет на обратное направление ток во вторичной обмотке, то есть через нагрузочное сопротивление протекает переменный ток прямоугольной формы.

Недостатки

а) Номинальное напряжение конденсатора должно быть 2Е.

б) Ток источника питания не является чистым постоянным током.

в) Колебания тока источника питания, являются причиной дополнительного выделения тепла в первичной цепи параллельного инвертора.

Рисунок 3: а) Базовая схема параллельного инвертора; б) Фазы работы схемы; в) Формы напряжений и токов в цепях параллельного инвертора



3. Индуктивная нагрузка

Принцип действия схемы можно объяснить, рассмотрев четыре фазы ее работы. Диоды Dx и D2называются возвратными диодами. Инвертор не может управлять индуктивной нагрузкой без возвратных диодов. Без диодов в схеме имеются большие выбросы напряжения при переключении тиристоров, поскольку нагрузка индуктивная. Эти выбросы напряжения могут разрушить тиристоры. Электрическая схема, рабочие фазы и форма выходного сигнала однофазного полумостового инвертора с индуктивной нагрузкой изображены на рисунке 4.

Фаза I. Тиристор Т1 находится в проводящем состоянии, и через нагрузку протекает ток положительного полупериода. Ток через индуктивную нагрузку линейно увеличивается. В момент времени t= t2 тиристор Т1 принудительно закрывается за счет изменения полярности напряжения на нагрузке. Направление тока при этом сохраняется.

Рисунок 4: а) Схема полумостового инвертора с индуктивной нагрузкой; б) Фазы работы схемы; в) Форма напряжения полумостового инвертора



Фаза II. Ток со стороны нагрузки смещает в прямом направлении диод D2, и он переходит в состояние проводимости. Мощность со стороны нагрузки передается в источник питания V2. Когда величина тока падает до нуля, диод D2 запирается.

Фаза III. Пока диод D2 проводит ток, тиристор Т2 не может находиться в состоянии проводимости, поскольку он смещен в обратном направлении. Как только диод D2 запирается, можно включить тиристор Т2. На промежутке времени t2 - t3 напряжение и ток отрицательные, а мощность - положительная, то есть мощность передается от источника питания к нагрузке. В момент времени t= t4 тиристор Т2 принудительно включается.

Фаза IV. На индуктивной нагрузке изменяется полярность напряжения, но направление тока через нее сохраняется. За счет изменения полярности напряжения диод D1, смещается в прямом направлении. Ток теперь течет по направлению к источнику питания Vv, имеет место рециркуляция мощности. Этот процесс продолжается до тех пор, пока диод D1 не перейдет в закрытое состояние в момент времени t5.

Если тиристор Т1 снова включить, вышеупомянутые процессы повторятся.

При работе инвертора на RL-нагрузку ток в цепи изменяется экспоненциально. Площади положительных и отрицательных периодов не равны, так как на резистивной компоненте нагрузки в противофазные периоды рассеиваются разные мощности.



4. Работы сварочных инверторов от автономных источников питания

В последнее время возрастает применение автономных установок, оборудованных сварочными постами - передвижных ремонтных мастерских, аварийных машин и т.п. В них на шасси установлена коробка отбора мощности с генератором или дизель-генератор и различные потребители, в том числе сварочные посты. Нередко предпочтение отдается инверторным сварочным аппаратам из-за их сравнительно высокого КПД (10-15 кВт при токе сварки до 250 А) и небольших габаритных размерах и массы. К сожалению, производители подобных машин часто ограничиваются подбором генератора и сварочных источников исходя только из мощностных характеристик, что приводит к выходу из строя сварочных аппаратов, а нередко и самих генераторов.

При работе сварочных инверторов от автономных источников питания необходимо учитывать особенности и тех, и других. Так, при индуктивной нагрузке (сварочный трансформатор) внешняя характеристика синхронного генератора имеет резко падающий характер, причем с уменьшением cosц падение напряжения усиливается рисунок 5, кривые 1, 2. При активно-емкостной нагрузке (сварочный инвертор) cosц опережающий и с ростом потребляемого тока напряжение возрастает тем сильнее, чем меньше cosц рисунок 5, кривые 4, 5. При U = 0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей значению тока трехфазного короткого замыкания.

Поскольку в основном характер потребляемого тока активно-индуктивный, изготовители генераторов вводят дополнительную положительную обратную связь по току для компенсации падения напряжения на нагрузке, тес ростом тока в нагрузке генератор повышает напряжение.

Инверторные источники имеют емкостной характер нагрузки, поэтому с ростом тока напряжение возрастает, а наличие положительной обратной связи по току приводит к еще большему росту напряжения. Результатом может быть выход из строя инвертора или самого генератора из-за перенапряжений.

Структурная схема типичного инверторного сварочного источника приведена на рис 6. Трехфазное напряжение выпрямляется выпрямителем В и сглаживается емкостным фильтром Сф. Инвертор И преобразует постоянное напряжение в переменное повышенной частоты, которое понижается трансформатором и выпрямляется выпрямителем В и далее через индуктивный фильтр Сф поступает в нагрузку RH.

На рисунке 7 приведены осциллограммы линейного напряжения на входе обычного инверторного источника (ток сварки 150 А) при питании от синхронного генератора АД-30 мощностью 30 кВт. Емкость конденсатора фильтра Сф равна 40 мкФ. Видно, что кривая линейного напряжения имеет значительные искажения, а амплитуда превышает 700 В. Уменьшение емкости фильтра в 4 раза снижает амплитуду линейного напряжения до 610 В, но в кривой потребляемого тока появляется высокочастотная составляющая, равная частоте инвертирования.

Рисунок 5. Внешние характеристики синхронного генератора



Рисунок 6. Внешние характеристики синхронного генератора

Рисунок 7. Линейное напряжение генератора АД-30: 1 - холостой ход, 2 - при питании обычного инвертора

С ростом потребляемого тока возрастает действующее значение напряжения генератора, причем приращение напряжения зависит от соотношения потребляемой и номинальной мощностей генератора.

Так, при питании четырех обычных сварочных инверторов с суммарной потребляемой мощностью 34 кВт от генератора БГ-100 оно составило 10 В, а при питании такого же числа инверторов от генератора БГ -60 - 40 В. При этом амплитудное значение линейного напряжения возросло от 540 до 696 В. Применение генератора БГ-30 обеспечивает нормальную работу только одного обычного инверторного источника без проведения дополнительных мероприятий.

Именно по этой причине многие изготовители инверторных источников указывают, что суммарная потребляемая мощность не должна быть больше 50% номинальной мощности автономного генератора. Это обусловливает необходимость либо заказывать генераторы с корректорами напряжения, адаптированными для работы с активно-емкостной нагрузкой, либо использовать серийно выпускаемые генераторы с двойным запасом мощности, либо приспосабливать инверторы для обеспечения нормальной работы. В первом случае требуется значительное время, во втором - возникают неоправданные затраты. Ниже приведены варианты решения этой проблемы.

Снижение напряжения холостого хода генератора с 380 до 350-360 В и повышение частоты до 52 Гц позволяют обеспечить нормальную работу источников. Например, при питании четырех источников с потребляемой мощностью по 12-15 кВт от генератора БГ-60 линейное напряжение возрастает до 380 В. Это решение приемлемо для генераторов мощностью от 60 кВт, но не всегда подходит для генераторов меньшей мощности. Включение дополнительной нагрузки в виде сушильных шкафов мощностью 4 кВт снижает приращение напряжения на 4 В при питании от генератора БГ-100, а при питании от генератора БГ -60 - на 74 В. При этом лучше иметь на каждый сварочный пост свою электропечь, а работу организовать так, чтобы электроэнергия потреблялась от генератора непрерывно, когда выключение терморегулятором одной электропечи сопровождалось бы включением другой. Такой способ несколько ограничен в применении.

Включение последовательно в каждый сетевой провод индуктивности и увеличение емкости Сф позволяет обеспечить работу двух источников с потреблением 12-15 кВт от генератора мощностью 30 кВт. Такой вариант решения требует дополнительных фильтров и вмешательства в электрическую схему сварочного источника.

Для устранения искажений напряжения генератора и уменьшения высокочастотных гармонических составляющих необходимо введение радиофильтра и сглаживающих конденсаторов в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя генератора и работы.



5. Универсальный сварочный инвертор Invertec V300-1

В отечественном сварочном производстве давно существует потребность в надежном инверторном источнике на ток 300 А. При этом с точки зрения потребительских свойств (массы, минимума пульсаций, отсутствия неприятного звука) это должен быть высокочастотный, т.е. транзисторный инвертор. Основными недостатками выпускаемых в настоящее время машин такого класса являются низкая ПВ и недостаточный диапазон рабочих температур. Это в сочетании с высокой ценой сдерживает массово применение инверторных источников.

Сегодня на российском рынке появилась машина без указанных недостатков, учитывающая все тонкости эксплуатации сварочного оборудования на российских предприятиях.

Инверторный источник питания Invertec V300-1 является базовым для целой серии инверторов фирмы The Lincoln Electric Company и предназначен для ручной дуговой сварки штучным электродом, аргонодуговой неплавящимся электродом, механизированной сплошной или порошковой проволокой. Основные технические характеристики машины приведены в таблице №1.

В основе конструкции лежит транзисторный инвертор с частотой преобразования 20 кГц. Высокая частота позволяет исключить характерное для источников такого рода неприятное звучание, особенно на больших токах, а также дает исключительно гладкую выходную характеристику и большие возможности для управления основными сварочными параметрами током (падающая характеристика) или напряжением (жесткая).



Таблица 1. Основные технические характеристики Invertec V300-1

Сеть питания	Номинальные выходные параметры	Выходной ток, А при напряжении, В	Сварочный ток, А	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
	Ток, А	Напряжение, В	ПВ, %	200	220	380	415	440
Трёхфазная	300	32	60	43	39	25	25	22	5-300	475х274х564	29
50/60 Гц	250	30	100	34	41	20	20	8
Однофазная	300	32	60	53	47	32	32	29
50/60 Гц	250	30	100	42	39	25	25	22

Установку режимов и параметров сварки выполняют с помощью органов управления, расположенных на передней панели источника.

Тип используемого процесса устанавливают с помощью пятипозиционного переключателя:

1. GTAW - аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. Позволяет легко возбуждать дугу путем касания электродом изделия либо с помощью высокочастотного устройства.

2. СС SOFT - крутопадающая характеристика, «мягкая» дуга. Рекомендуется для ручной дуговой сварки электродами с основным покрытием типа ЕХХ18-ЕХХ28 по AWS;

3. СС CRISP - пологопадающая характеристика, «жесткая» дуга. Используется для ручной дуговой сварки электродами с целлюлозным покрытием типа ЕХХ10-ЕХХ14 по AWS. Данный режим можно также применять для разогрева изделия электрическим током и выполнения теста работоспособности аппарата подачей активных нагрузок.

4. CV FCAW - жесткая характеристика Рекомендуется для механизированной сварки газозащитной или самозащитной порошковой проволокой.

5. CV GMAW - жесткая характеристика Применяется при механизированной сварке сплошной проволокой в защитном газе. Сварку можно вести в режимах переноса металла сериями в процессе коротких замыканий, а также капельного или струйного переноса. При сварочном напряжении ниже 16 В сварку сплошной проволокой в защитном газе рекомендуется выполнять в режиме CV FCAW.

Регулировку выходной мощности во всем диапазоне обеспечивает плавный регулятор Заданные значения напряжения или тока (в зависимости от выбранного режима) индицируются на жидкокристаллическом дисплее. Во время сварки дисплей показывает реальные значения тока или напряжения, измеряемые на выходных клеммах источника. Для выбора индицируемого параметра достаточно установить в необходимое положение специальный тумблер, расположенный рядом с индикатором Для установки правильной полярности измеряемого напряжения используют двухпозиционный переключатель, расположенный на задней стенке корпуса машины.

Источник оснащен специальным регулятором форсирования дуги или индуктивности сварочного контура ArcFcrce / InductanceControl (рис. 9), который применяют во всех указанных сварочных процессах за исключением аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом (GTAW). При крутопадающей вольт-амперной характеристике регулятор изменяет ток короткого замыкания, управляя степенью активности сварочной дуги в момент закорачивания дугового промежутка. Дуга становится «мягкой» при установке регулятора на минимальные значения по относительной шкале. При максимальных значениях давление проплавления) дуги увеличивается, она становится более подвижной. При этом увеличивается разбрызгивание.

При сварке порошковой проволокой рекомендуется устанавливать регулятор в положение, соответствующее максимуму. Для сварки сплошной проволокой в СО2 или смеси газов с большим содержанием СО2 на шкале устанавливают одно из значений верхней половины диапазона. При использовании в качестве защитной среды смеси инертных газов рекомендуется первая половина шкалы.

Источник имеет возможность дистанционного управления путем подачи напряжения на выходные терминалы и регулировки выходной мощности с помощью двух двухпозиционных переключателей установки режима дистанционного управления. Один из них управляет подачей напряжения на выходные клеммы источника. При этом возможны два положения: на клеммах постоянно присутствует потенциал (ручная дуговая сварка штучными электродами, аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом, воздушная строжка) и потенциал подается на клеммы только при нажатии кнопки на горелке (механизированная сварка).

Другой тумблер выбирает режим регулировки выходной мощности, управление которой может происходить либо с помощью регулятора, установленного непосредственно на источнике, либо со специального пульта дистанционного управления Длина стандартных кабелей пульта ДУ составляет 7,6 или 30,2 м. Допускается параллельная работа двух источников для увеличения выходной мощности.

Такое разнообразие режимов и функций предполагает использование источника питания lnvertecV300-1 с большим количеством дополнительного оборудования. Далее рассматриваются примеры наиболее распространенного применения источника.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. Для использования вместе с источником разработан специальный блок DC TIG Starter, крепящийся под источником и увеличивающий его высоту на 20 см. При этом полностью сохраняется легкость и удобство при переноске. Блок обеспечивает следующие функции: высокочастотный старт дуги без касания электродом детали; управление подачей инертного газа, фиксированную предварительную подачу и программируемую задержку отключения газа; регулировку спада тока при заварке кратера; выбор двух или четырехшагового сварочного цикла.

Механизированная сварка в цеховых условиях. Источник питания Invertec V300-1 обеспечивает использование практически всех подающих устройств производства TheLincoln Electric Companv. Также возможно подключение подающих механизмов, работающих на переменном токе при 42 или 115 В. Диапазон тока, равный 5-350 А, позволяет использовать проволоку диаметром 0,6-1,6 мм э функция управления индуктивностью - точно подстроить сварочную систему для конкретного применения.

Рисунок 9: а) жёсткие выходные характеристики при различном положении регулятора Inductance Control; б) падающие выходные характеристики при различном положении регулятора ArcForce



Механизированная сварка в монтажных условиях. Для этого рекомендуется применять подающии механизм LN-25, который не требует кабеля управления и питания, а работает при включении в сварочную цепь. Комплект Invertec V300-1/LN-25 зарекомендовал себя при использовании на открытых строительных площадках, стапелях, при проведении ремонтных работ на открытом воздухе, т.е. везде, где требуется максимальная мобильность и транспортабельность.



6. Конструкция сварочного инвертора

Рисунок 10. Внешний вид сварочного инвертора

Сварочные инверторы состоят из нескольких основных блоков. Блок питания обеспечивает стабилизацию входного сигнала. Схема блока основана на многообмоточном дросселе с управлением при помощи транзисторов и накоплением энергии в конденсаторе. Кроме того, в системе управления дросселем применяются диоды. Блок питания располагается отдельно от других блоков и, как правило, отделен от них металлической перегородкой.

Основой сварочного инвертора является силовой блок, который обеспечивает все преобразования от первичного тока, поступающего из блока питания, до выходного сварочного тока. Силовой блок состоит из следующих плат: первичный выпрямитель, инверторный преобразователь, высокочастотный трансформатор и вторичный выпрямитель.

Первичный выпрямитель представляет собой диодный мост, на который подается электрический ток силой не более 40 А (наиболее распространено 25-32 А) напряжением 200-250 В частотой 50 Гц. Инверторный преобразователь представляет собой силовой транзистор мощностью не менее 8 кВт (при токе 32 А) с рабочим напряжением до 400 В. Сигнал с преобразователя выходит частотой до 100 кГц (чаще всего 50-55 кГц).

Высокочастотный трансформатор имеет ленточные обмотки и увеличивает ток до 200-250А при напряжении во вторичной обмотке не более 40 В. Вторичный выпрямитель собирается на базе мощных диодов с рабочим током не менее 250 А на рабочее напряжение до 100 В. Предусмотрено обязательное охлаждение при помощи радиаторов, а также устанавливаются вентиляторы.

Для стабилизации выходного сигнала на выходном плато установлен дроссель.

Блок управления собран на базе задающего генератора или широкоимпульсного модулятора. Если схема собрана на основе генератора, то в его качестве используется микросхема. Помимо нее, на плато управления размещаются резонансный дроссель и резонансные конденсаторы в количестве 6 или 10 штук. Каскадная схема управления обеспечивается трансформатором.

Схемы защиты обычно собраны на плато силового блока для защиты соответствующего элемента. Для защиты от перегрузок используется схема на базе микросхемы 561ЛА7. В системе защиты выпрямителей и преобразователя применяются снабберы на основе конденсаторов К78-2 и резисторов. Тепловая защита элементов силового блока обеспечивается установкой термовыключателей.



7. Преимущества и недостатки сварочного инвертора

инверторный сварочный индуктивный питание

К преимуществам сварочного инвертора можно отнести следующие характеристики:

а) Компактность. В устройстве сварочного инвертора используются высокочастотные трансформаторы, которые имеют гораздо меньший вес и размеры по сравнению с низкочастотными. А так как трансформаторы занимают львиную долю в весе и размерах всего прибора, то применение высокочастотной техники заметно их снижает. Сварочные инверторы имеют небольшие габариты и вес.

б) Стабильная работа - перепады напряжения в сети практически не влияют на работу сварочного инвертора. В нем используются самые современные системы защиты, как от перегрузки, так и от излишнего падения напряжения. Это обеспечивает надежную работу в любых условиях.

в) Стабильная сварочная дуга - полученный от сварочного инвертора ток имеет очень низкую пульсацию. Кроме того, возможна тонкая его регулировка. Поэтому можно получать очень качественную сварочную дугу в зависимости от требований технологии сварки. Даже ветер можно компенсировать и получить качественный сварочный шов!

г) Простая эксплуатация - многие сварочные инверторы имеют режимы для новичка. То есть, человек без опыта сварщика все-таки может с успехом использовать это устройство!

д) Низкий уровень разбрызгивания металла - сварочный шов получается довольно аккуратный. Объем образующегося при сварке шлака и лишнего металла минимален. Это снижает работу по дальнейшей обработке полученного сварочного шва

е) Длинная и короткая дуга - применяется в зависимости от типа свариваемого металла. Сварочный инвертор позволяет легко получить любой вид сварочной дуги. Это делает его довольно универсальным устройством.

ё) Любой тип электродов. Широкий диапазон настроек сварочного инвертора позволяет применять для сварки практически любые электроды - в зависимости от условий процесса и типа металла. Возможно изменение полярности тока на электродах.

ж) Автоматическое отключение. Иногда при длительном использовании на максимальной нагрузке может возникать перегрев сварочного инвертора. В этом случае он просто выключается, не допуская неполадок. Это гарантирует долговечность эксплуатации.

з) Программирование. В случае применения сложной или необычной технологии сварки возможно ее программирование - в современном сварочном инверторе применяется микропроцессорное управление всем процессом и режимами сварки

Все перечисленные достоинства, а это только основные, делают применение сварочного инвертора весьма удобным и выгодным. Его применяют практически везде, где требуется сварка - от бытовой сферы до авиа- и судостроения. У многих автовладельцев он есть дома, ведь цена на сварочный инвертор вполне доступна.

К общим недостаткам инверторного оборудования для сварки металлов следует отнести:

а) Дороговизна ремонта. Инверторное «сердце» - блок IGBT - в стоимостном выражении составляет от 25 до 45 (!) процентов розничной цены аппарата. Выход из строя этого центрального модуля при условии окончании гарантии потребует значительных вложений в восстановление оборудования. Самостоятельно собрать блок IGBT из подсобных микросхем априори не получится, придется покупать фирменное изделие. Более того, некоторые бюджетные сварочные инверторы конструируются на одной-единственной электронной плате. Такая поломка обойдется еще дороже, на уровне 60% от полной цены.

б) Стоимость трансформаторной модели сравнимой с инвертором мощности ниже в несколько раз. Да, трансформатор громоздок, неудобен, брызгает расплавом и плюется окалиной - а маленький-удаленький инвертор малошумен, варит без разбрызгивания, выдает качественные швы, эффективно потребляет электроэнергию и т.д. и т.п.

Но на обзаведение новым аппаратом может просто не хватить средств. Кроме того, привычные трансформаторы или выпрямители при умеренных требованиях к качеству, мобильности и производительности сварки вполне обоснованы и в долгосрочном применении.

в) Условия производства.

Во-первых, насыщенность точной электроникой ограничивает погодное использование. Электронные компоненты чувствительны к сырости и низким температурам. Бюджетные инверторные модели работают значительно хуже уже при первых градусах мороза, представители премиальных брендов от - 15°C. Даже хранение при сильных морозах (в подсобных помещениях или гаражах) негативно сказывается на надежности такого оборудования.

Во-вторых, инверторы чувствительны к запыленности рабочих пространств.

В условиях монтажных работ, при строительстве, на вредном производстве требования постоянно чистить фильтры и продувать защитные решетки обязательны крегулярному исполнению, иначе выход аппарата из строя просто неизбежен.

Конечно, инверторы не лишены недостатков. Во-первых, их стоимость в несколько раз превышает стоимость такого простого аппарата, как сварочный трансформатор. Также недёшево обойдётся ремонт, если из строя выйдет силовой модуль. Инвертор боится пыли, его необходимо часто чистить, скрупулёзно соблюдать правила эксплуатации и хранения.

При попытках резать толстый металл без учета запредельных нагрузок на аппарат, в сочетании с нестабильным питающим напряжением может привести к выходу из строя преобразующего модуля - защитные схемы в таких условиях попросту не успевают сработать. Так что сварочный инвертор - не панацея для задач прикладной сварки, а лучший рецепт среди всех прочих. Лучший, но не идеальный.



Заключение

Сварочные инверторы позволяют совершить качественный скачок в электросварке. Достаточно вспомнить просто неподъемные сварочные трансформаторы и выпрямители, выпускавшиеся ранее. При прочих равных вес сварочного инвертора на порядок меньше, чем у любого другого сварочного аппарата, а это заметно повышает производительность сварки. Сварочные инверторы - это самые современные сварочные аппараты, которые в настоящее время почти полностью вытесняют на второй план классические сварочные трансформаторы, выпрямители и генераторы.

Главным достоинством инвертора является минимальный вес. Кроме того возможность применять для сварки электроды как переменного, так и постоянного тока. Что важно при сварке цветных металлов и чугуна. Инверторный сварочный аппарат имеет широкий диапазон регулировки сварочного тока. Это дает возможность для применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом.

Вывод: Инверторные источники питания являются более мобильными по сравнению со сварочными трансформаторами, но более дорогие и сложны в ремонте. Процесс зажигания и последующего горения сварочной дуги на инверторных источниках питания происходит лучше по сравнению с сварочными трансформаторами.



Список использованной литературы

инверторный сварочный индуктивный питание

1) Александров К.К. Электротехнические чертежи и схемы / К.К. Александров - М. Энергоатомиздат, 1990 г.

2) Негуляев В.Ю. Сварочный инвертер - это же просто / В.Ю. Негуляев - Киев, 2005 г.

3) Малышев Б.Д. Ручная дуговая сварка и учебное пособие / Б.Д. Малышев - М. Стройиздат, 1990 г.

4) Брауде М.З. Охрана труда при сварке в машиностроении / М.З. Брауде - М. Машиностроение 1978 г.

5) Александров А.Г. Эксплуатация сварочного оборудования / А.Г. Александров - М. Будивэльнык, 1990 г.

6) Акулов А.И. Технология и оборудование сварки / А.И. Акулов - М. Машиностроение, 2003 г.

Размещено на Allbest.ru

...