Источники питания для дуговой сварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Источники питания для дуговой сварки

Содержание

Введение

1. Сварочный трансформатор

2. Сварочный выпрямитель

3. Сварочные инверторы

Список литературы

Введение

Источники питания классифицируются в зависимости от рода тока и принципа действия. В качестве источников переменного тока используют сварочные трансформаторы и специализированные установки на их основе; в качестве источников постоянного тока - сварочные выпрямители, преобразователи и агрегаты, а также специализированные источники на базе выпрямителей.

Трансформатор понижает переменное напряжение сети до величины необходимой для ведения процесса сварки. Это наиболее простые и дешевые источники, широко используемые при ручной сварке покрытыми электродами и автоматической сварке под флюсом. Специализированные установки на основе трансформаторов применяют для сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом в защитном газе.

Устойчивость дуги постоянного тока более высока по сравнению с устойчивостью дуги переменного тока, что заметно влияет на качество сварки (на малых токах, электродами с фтористо-кальциевыми покрытиями, в углекислом газе, наплавка под флюсом). В этих случаях рекомендуется использовать источники постоянного тока.

Генератор преобразует механическую энергию вращения якоря в энергию постоянного тока, используемую для сварки. Преобразователь является комбинацией трехфазного асинхронного двигателя переменного тока и сварочного генератора постоянного тока и, следовательно, преобразует энергию сетевого переменного напряжения в используемую для сварки энергию постоянного тока. Электрическая энергия сети переменного тока преобразуется в механическую энергию электродвигателя, вращает вал генератора и преобразуется в электрическую энергию, постоянного сварочного тока, Поэтому коэффициент полезного действия преобразователя невелик: из-за наличия вращающихся частей они менее надежны и удобны в эксплуатации по сравнению с выпрямителями. Однако для строительно-монтажных работ использование генераторов имеет преимущество по сравнению с другими источниками благодаря их меньшей чувствительности к колебаниям сетевого напряжения.

Агрегат состоит из двигателя внутреннего сгорания и генератора постоянного тока. В нем для получения сварочного тока используется энергия сжигания химического топлива. Химическая энергия сгорания топлива преобразуется вмеханическую, а затем в электрическую энергию. Агрегаты используют в основном для ручной сварки в монтажных и полевых условиях, где отсутствуют электрические сети.

Выпрямитель преобразует энергию сетевого переменного напряжения впостоянное - используемое для сварки. Наиболее совершенны сварочные выпрямители, которые имеют более высокий коэффициент полезного действия, меньшую массу, удобны в изготовлении и эксплуатации, обладают лучшими технологическими свойствами. Их применяют для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки, а также в качестве универсальных источников.

Большая часть источников питания предназначена для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей средней и большой толщины. Они являются источниками общепромышленного применения. К ним относятся источники для ручной сварки покрытыми электродами, механизированной сварки в защитных газах и под флюсом.

Специализированные источники представляют собой аппараты, дополненные различными вспомогательными устройствами, расширяющими их технологические возможности. Источник постоянного тока для сварки неплавящимся электродом в защитном газе имеет устройства для возбуждения дуги и заварки кратера.

1. Сварочный трансформатор

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, заключающееся в том, что при изменении магнитного потока внутри контура, охваченного проводником, в этом проводнике возникает электродвижущая сила (ЭДС), а при замыкании проводника - в нем появляется ток.

Сварочный трансформатор содержит две или более электрически несвязанных между собой обмоток (цилиндрические или дисковые), размещенных на замкнутом стальном магнитопроводе. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы броневого и стержневого типа изготавливают из листовой электротехнической стали.

Трансформаторы работают с воздушным естественным или принудительным охлаждением. У трансформаторов с цилиндрическими обмотками первичные и вторичные обмотки наматываются концентрично одна поверх другой и относятся к группе трансформаторов с минимальным или нормальным электромагнитным рассеянием. Они являются полным аналогом силовых воздушных трансформаторов идентичной мощности. У трансформаторов с дисковыми обмотками первичная и вторичная обмотки обычно разнесены относительно друг друга. Они относятся к группе специальных сварочных трансформаторов с увеличенным или развитым электромагнитным рассеянием.

Трансформаторы для дуговой сварки выпускаются по ГОСТ 95-77 на номинальные силы тока 160, 250, 315, 400 и 500 А.

Различают две основные принципиальные электромагнитные схемы сварочных трансформаторов.

Первая группа - трансформаторы с нормальным (малым) рассеянием и дополнительной реактивной катушкой - реактором (дросселем).

Вторая группа - трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием.

Внутри каждой группы сварочные трансформаторы классифицируются по виду конструкции и способам настройки режима.

К первой группе относятся:

1. Сварочные трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в комбинации с реактивной катушкой - реактор в однокорпусном исполнении. Такие трансформаторы имеют с реактором общий магнитопровод. Настройка режима в таких трансформаторах осуществляется плавным изменением воздушного зазора в сердечники реактивной катушки.

2. Сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом. Трансформаторы этого типа выполняются с неподвижными обмотками, размещенными на одном или двух разных стержнях на соответствующем расстоянии друг от друга с целью обеспечения требуемого рассеяния. Между обмотками располагаются подвижные магнитные шунты, перемещением которых изменяют поток рассеяния и производят настройку режима.

Сварочные трансформаторы с неподвижным подмагничиваемым шунтом.

Принцип работы этого трансформатора аналогичен предыдущему. Отличие заключается в способе изменения величины магнитного сопротивления потока рассеяния, за счет изменения тока в обмотке подмагничивания расположенной на неподвижном шунте.

Сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подвижными обмотками. Одна или обе обмотки трансформатора выполняются подвижными. В некоторых конструкциях для усиления потока рассеяния между обмотками размещены неподвижные магнитные шунты. Настройка на заданный режим осуществляется путем плавного перемещения подвижных обмоток, которая может сочетаться со ступенчатым секционированием вторичной обмотки.

Сварочные трансформаторы с ярмовым рассеянием имеют фиксированное индуктивное сопротивление благодаря неподвижному расположению первичной и вторичной обмоток на разных стержнях сердечника. Настройка режима осуществляется за счет дополнительной неподвижной ярмовой обмотки и обмотки, выполненной сварочным кабелем поверх основной обмотки трансформатора, которые являются дополнительным индуктивным сопротивлением. При этом напряжение холостого хода трансформатора несколько возрастает.

Сварочные трансформаторы с тиристорным коммутатором.

Их часто называют «тиристорные трансформаторы». Они имеют фиксированное индуктивное сопротивление за счет расположения первичной и вторичной обмоток на различных стержнях сердечника. Настройка режима осуществляется путем изменения угла включения тиристоров, которые могут включаться как в первичную, так и во вторичную цепь. При такой настройке трансформатора наблюдаются значительные перерывы в горении дуги. Для обеспечения непрерывности горения дуги используют различные способы, обеспечивающие надежное повторное зажигание дуги. В зависимости от этого различают “тиристорные трансформаторы” с прерывистым питанием дуги и - с подпиткой дуги.

2. Сварочный выпрямитель

Сварка на постоянном токе обеспечивает получение сварного соединения более высокого качества по сравнению со сваркой на переменном токе. Из-за отсутствия нулевых значений тока повышается стабильность горения дуги, увеличивается глубина проплавления, снижается разбрызгивание, улучшается защита дуги, повышаются прочностные характеристики металла сварного шва, снижается количество дефектов шва, а пониженное разбрызгивание улучшает использование присадочного материала и упрощает операции зачистки сварного соединения от шлака и застывших брызг металла. Всё это привело к тому, что для сварки качественных швов ответственных соединений больше применяют сварку на постоянном токе. Кроме того, многие материалы - высоколегированные и теплоустойчивые стали, чугуны, титан, сплавы на основе меди и никеля - свариваются только на постоянном токе. В частности, для полуавтоматической сварки металлической проволокой в среде защитных газов (метод MIG/MAG) - наиболее производительного и универсального метода сварки - применяют именно ИП постоянного тока.

Сварочными выпрямителями называются источники питания, в которых постоянный ток получается путём выпрямления переменного тока промышленной частоты с использованием полупроводниковых вентилей. Общими элементами для сварочных выпрямителей являются силовой трансформатор, выпрямительный блок и блоки пускорегулирующей, измерительной и защитной аппаратуры.

Наиболее рациональным в выпрямителях оказывается применение трёхфазного тока. питание ток трансформатор выпрямитель

Для питания выпрямительного блока (ВБ) обычно используют понижающие трёхфазные силовые трансформаторы. Сам ВБ собирается либо по трёхфазной мостовой схеме, либо по шестифазной мостовой схеме с уравнительным реактором - разнесёнными вторичными обмотками силового трансформатора, соединёнными в две "звезды" (схема Ларионова - Гретца). У обеих схем повторяемость напряжения равна шестикратной частоте питающего тока (для обычного переменного тока промышленной частоты - 300 Гц). Это позволяет получить выпрямленный ток, у которого пульсации напряжения меньше, чем при использовании обычной однофазной мостовой двухполупериодной схемы, собранной на четырёх вентилях (четырёхвентильные мостовые схемы обычно используются в более простых выпрямителях бытового класса).

За счёт использования специальных стабилизаторов напряжения, включаемых в сварочный контур, удаётся получить гладкую кривую тока с минимальными пульсациями выпрямленного напряжения. Для выпрямления тока используют неуправляемые полупроводниковые вентили - кремниевые или селеновые диоды - и управляемые вентили - тиристоры (обычно кремниевые). Кремниевые диоды имеют небольшие размеры и высокую теплостойкость, но очень чувствительны к токовым перегрузкам. Селеновые вентили допускают меньшие значения силы тока, но имеют высокую стойкость к перегрузкам и малый разброс характеристик. Их использование значительно упрощает общую схему выпрямителя и повышает его стойкость к перегрузкам по току. Использование тиристоров требует применения специальных блоков управления открыванием тиристоров, и обычно тиристоры устанавливают на более мощном и дорогом промышленном оборудовании.

Полупроводниковые вентили требуют определённого температурного и токового режима. Поэтому немаловажными элементами любого сварочного выпрямителя являются системы охлаждения ВБ: радиаторы охлаждения вентилей, вентилятор, включающийся перед пуском выпрямителя, блоки защиты от токовых перегрузок (плавкие предохранители или реле защиты по току) и тепловые предохранители - термостат и ветровое реле, отключающие выпрямитель при перегреве ВБ или при выходе из строя вентилятора.

Регулирование тока сварки в сварочных выпрямителях осуществляется двумя путями - электромеханическим и электрическим. В выпрямителях с электромеханической регулировкой изменение тока происходит до ВБ, то есть на выпрямляющие вентили в каждой фазе поступает переменный ток, имеющий силу тока и напряжение заданных сварочных параметров.

Другой тип электромеханической регулировки тока сварки в сварочных выпрямителях - это выпрямители с секционированными обмотками силового трансформатора, у которых первичная обмотка силового трансформатора состоит из нескольких катушек на общем сердечнике, которые подключаются последовательно посредством галетного переключателя, при этом происходит ступенчатое изменение тока в первичной цепи силового трансформатора. Такие выпрямители дёшевы, просты в изготовлении и надёжны в эксплуатации. Они имеют жёсткую вольт-амперную характеристику и целесообразны для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (метод MIG/MAG), т.е. в тех случаях, когда после ИП возможна ещё одна регулировка тока (плавная в пределах каждой ступени).

Другой тип - это выпрямители с вольтодобавочными трансформаторами (ВДТ), включаемыми последовательно во вторичную цепь силового трансформатора. Встречное или согласное включение вторичных обмоток силового трансформатора и ВДТ позволяет ступенчато менять силу тока. Плавное регулирование (в пределах каждой ступени) осуществляется изменением напряжения в первичной обмотке ВДТ. Такие схемы позволяют получить жёсткие вольт-амперные характеристики (для полуавтоматической сварки в среде защитных газов) и проводить настройку режима сварки дистанционно. В этом типе выпрямителей используют силовые трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и дросселем насыщения. Это позволяет вводить обратные связи и стабилизирует работу ИП в заданном режиме, а сам выпрямитель имеет крутопадающую вольт-амперную характеристику, применяемую для ручной дуговой сварки плавящимися электродами.

Электрические схемы регулировки сварочных выпрямителей построены на изменении тока сварки после ВБ или непосредственно в ВБ. Выпрямители с транзисторными регуляторами тока основаны на принципе управления сильным током за счёт изменения более слабого тока. В этих схемах после ВБ последовательно сварочной дуге включается блок транзисторов, соединённых параллельно. Это позволяет в широких пределах изменять ток дуги. Применение транзисторных схем регулировки тока даёт крутопадающую вольт-амперную характеристику с широким спектром регулировок по току и высокостабильной дугой, что позволяет применять такие выпрямители для автоматической аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом (метод TIG) высоколегированных сталей и сплавов на основе меди или алюминия.

Более простой и распространенной является схема выпрямителя с тиристорными регуляторами тока, в которых в качестве выпрямительных вентилей используют полупроводниковые тиристоры. Формирование вольт-амперных характеристик таких выпрямителей осуществляется за счёт временного сдвига управляющих импульсов тиристоров, подаваемых блоком фазоимпульсного управления. Изменением времени подачи управляющих импульсов регулируется поочерёдное открытие тиристоров той или иной ветви шестифазной мостовой схемы и меняется ток дуги. Это позволяет осуществлять плавную регулировку (в том числе и дистанционную) тока сварки и получать дугу с высокой стабилизацией по току и напряжению. По таким схемам построены широко известные выпрямители типа ВСВУ для ручной дуговой сварки плавящимися электродами (с крутопадающей вольт-амперной характеристикой) и ВДГ для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (с пологопадающей вольт-амперной характеристикой). Дальнейшим развитием схемы выпрямителей с тиристорным регулированием явились выпрямители серии ВДУ с двойной вольт-амперной характеристикой - крутопадающей и пологопадающей. Силовой трансформатор этих выпрямителей имеет две вторичные обмотки, и их переключение позволяет получать двойную вольт-амперную характеристику и делает возможным использование выпрямителя как для ручной, так и для полуавтоматической сварки.

Для сварки в цеховых условиях часто используют многопостовые выпрямители, имеющие достаточную мощность и способные выдерживать большие перегрузки как по величине тока, так и по скорости нарастания тока сварки. В основном многопостовые выпрямители имеют жёсткие вольт-амперные характеристики и предназначены для ручной дуговой сварки плавящимися электродами. В этом случае к выходным клеммам ИП подключается шинопровод из двух медных или алюминиевых полос, закреплённых на изоляторах на стенах или металлоконструкциях цеха. Управление током каждого сварочного поста осуществляется так называемыми балластными реостатами, представляющими собой устройство с набором элементов сопротивления из фехралевой или нихромовой проволоки и переключателями для коммутирования ступеней сопротивления в параллельном соединении. Включение ступеней балластного реостата позволяет регулировать ток сварки одного поста, а за счёт падения напряжения формируется крутопадающая вольт-амперная характеристика.

3. Сварочные инверторы

Наиболее современными и технически сложными источниками сварочного тока являются сварочные инверторы. В отличие от статических ИП так называемых "классических" типов (т.е. трансформаторов и выпрямителей), у инверторов отсутствует силовой трансформатор. Вся работа сварочного инвертора построена на принципе фазового сдвига (инверсии) напряжения, осуществляемого электронной микропроцессорной схемой с покаскадным усилением тока. За счёт применения такого принципа удаётся получить широкий спектр вольт-амперных характеристик - от крутопадающей до возрастающей - с очень гладкой кривой тока, отклонения которого снижены до уровня десятых долей процента, что позволяет добиваться высокого качества сварки. Включение в схему высокочастотного генератора расширяет сферу применения инверторных источников питания и позволяет использовать их практически для любого метода дуговой сварки и для плазменной резки. За счёт небольшой массы инверторы малой мощности очень перспективны для использования при монтаже особо ответственных металлоконструкций и трубопроводов, к сварным соединениям которых предъявляются повышенные требования, а условия работы не позволяют применять громоздкое промышленное оборудование, предназначенное для работы в цеховых условиях. Мощные инверторы промышленного типа позволяют создавать сварочные комплексы для любого вида дуговой сварки, построенные по модульному принципу на основе одного источника тока. Все инверторы имеют плавную регулировку сварочного тока, а цифровая схема микропроцессора и введение ячеек памяти позволяет организовать запоминание нескольких наиболее часто применяемых режимов сварки.

Наличие сложной и дорогой электроники, требующей особых условий охлаждения, увеличивает стоимость инверторных источников, но высокое качество получаемых сварных соединений и широкий спектр методов сварки делает их наиболее перспективными для промышленного применения, особенно при производстве сложных и ответственных металлоконструкций из различных материалов.

Список литературы

1. Милютин В.С., Шалимов М.П. «Источники питания для сварки», 2007 г.,

Размещено на Allbest.ru