Инверторные источники питания для электродуговой сварки

Рис.13 - б) Подключение нагрузки через трансформатор в) Векторная диаграмма

Напряжения третьих гармоник находятся в противофазе друг к другу. Поэтому в суммарном выходном напряжении инверторов третья гармоника отсутствует. Выбрав угол запаздывания θ = 36°, можно ском­пенсировать в выходном напряжении пятую гармонику. Недостатком этой схемы является то, что требуются два инвертора и два одинаковых трансформатора.

1.9.3. Использование фильтров

Рис.13г - Использование фильтров

Некоторая часть гармоник все же проходит через однозвенный LC-фильтр в нагрузку. Существенно улучшить фильтрацию гармоник можно с помощью использования многозвенных LC-фильтров. Размер индуктивности фильтра можно уменьшить, подключив его ко вторичной обмотке понижающего трансформатора.

Если инвертор работает на фиксированной частоте, можно исполь­зовать последовательный резонансный LС-фильтр. Значениях и С вы­бираются так, чтобы их собственная резонансная частота фильтра была равна выходной частоте инвертора. Фильтр и нагрузочное сопротив­ление работают как последовательный низкодобротный резонансный контур. Электрический ток в такой цепи находится в фазе с выходным напряжением, поэтому напряжение нагрузочного сопротивления си­нусоидально. Применение реактивных фильтров предпочтительно для высокочастотных устройств.

2 Инверторные источники питания для дуговой сварки

2.1 Начало развития и внедрение в производство инверторных источников питания

В наступившем веке бесспорным лидером в производстве сварочной техники становятся инверторные источники питания. При их примене­нии потери электроэнергии снижаются до 10 раз, материалоемкость оборудования - до 10-12 раз, а ПР источника повышается до 80-100 %. Уменьшаются размеры и масса сварочных аппа­ратов. Основным достоинством инверторной тех­ники является ее мобильность, что позволяет ис­пользовать подобные агрегаты при выполнении монтажных работ в стационарных и полевых усло­виях.

В 1905 г. австрийский профессор Розенберг разработал специальный сварочный генератор поперечного поля, у которого с ростом сварочного тока изменялось напряжение дуги. Это был, пожа­луй, один из самых первых шагов в развитии ре­гулируемых источников питания.

В 1907 г. на заводе Lincoln Electric был выпу­щен генератор с изменяемым напряжением. Че­рез 20 лет русский ученый В. П. Никитин получил патент на первый в мире однокорпусный комбини­рованный трансформатор-регулятор для дуговой сварки.

В начале 50-х гг. появились полупроводнико­вые селеновые диоды. Это позволило разработ­чикам создать сварочные выпрямители, состоя­щие из трансформатора и выпрямительного ди­одного блока.

Позже, в 70-е гг. с появлением силовых крем­ниевых тиристоров стало возможно плавно изме­нять сварочный ток и выходные ВАХ сварочных аппаратов не за счет трансформатора, а на осно­ве обратных связей и фазовой регулировки угла включения тиристоров.

В 1977 г. на рынке сварочного оборудования появился источник питания Hiiark-250 финской фирмы Kemppi, собранный на базе "скоростных тиристоров", обеспечивших преобразование по­стоянного тока в переменный с частотой 2-3 кГц. Это стало началом развития инверторных источ­ников питания в сварочной технике.

В обычных выпрямителях трансформатор ра­ботает на сетевой частоте 50 Гц. Повышение час­тоты до 2 кГц и более позволило существенно уменьшить массу и габаритные размеры свароч­ного инвертора. Если у обычных сварочных выпрямителей отношение сварочного тока к едини­це массы около 1-1,5 А/кг, то у инверторов на "скоростных тиристорах" этот показатель равен 4-5 А/кг.

Смысл инвертирования заключается в поэтап­ном преобразовании энергии. Питающее сетевое напряжение выпрямляется на диодном мостике, затем преобразуется в переменное высокочас­тотное в блоке инвертора и понижается в транс­форматоре до рабочего сварочного. А выходной выпрямитель преобразует переменное напряже­ние в постоянное. Весь процесс регулируется за счет обратных связей блоком управления, кото­рый обеспечивает необходимые характеристики сварочного тока.

Инверторы также отличаются низкой пульса­цией выпрямленного тока, высокой скоростью ре­гулировки, возможностью получения разнообраз­ных ВАХ и высоким (до 90 %) КПД.

Сравнительные характеристики инверторных сварочных аппаратов приведены в таблице № 1.

Классическим примером тиристорного инвер­тора является сварочный универсальный источ­ник питания LUA-400 фирмы ESAB. Шесть различ­ных ВАХ позволяют использовать его при сварке в углекислом газе, ручной дуговой, аргонодуговой и сварке алюминиевой проволокой пульсирую­щей дугой.

С появлением модульных биполярных транзи­сторов с изолированным затвором (IGBT) свароч­ные трансформаторы стали работать на частоте до 20 кГц. При этом отношение сварочного тока к единице массы источника питания повысилось вдвое. На базе IGBT-транзисторов стали выпус­кать маленькие бытовые источники питания для ручной дуговой сварки, а также импульснодуговой и механизированной сварки в защитных газах, плазменной резки.

Последующая стадия развития сварочных ин­верторов связана с появлением в 90-х гг. полевых МОП-транзисторов серии MOSFET. Частота за счет силовых полевых транзисторов повысилась до нескольких десятков килогерц. На их базе фир­ма ESAB стала выпускать установки для ручной дуговой сварки Power lnvert-315 с частотой 24 кГц и малогабаритные источники Caddi-130, 140 и 200. Дальнейшее развитие инверторной техники пошло по пути совершенствования MOSFET-транзисторов. Выпущенный той же фирмой источник Caddi-250 массой 11 кг работает на частоте 49 кГц.

В 2001 г. в Эссене фирма Kemppi продемонст­рировала малогабаритные переносные свароч­ные инверторы Minarc-110 и 140 массой 4,2 кг и рабочей частотой 80 кГц. При длине электрокабе­ля до 50 м переносной Minarc -идеальный аппа­рат для работы в труднодоступных местах. Он предназначен для использования разнотипных электродов и имеет особый износостойкий корпус.

Современные инверторы lnvertec-140 и 160 американской фирмы Lincoln Electric - это аппа­раты со специальной схемой стабилизации пита­ния для надежной работы от автономных генерато­ров мощности. При аргонодуговой сварке поджиг дуги осуществляется методом точечного касания.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14