Инверторные источники питания для электродуговой сварки

метки: Источник, Сварка, Напряжение, Тиристор, Инвертор, Сварочный, Аппарат, Мощность

Наиболее прогрессивен вид нового сварочного оборудования, выполняемого в настоящее время по инверторной схеме. В большинстве случаев оборудование неразрывно связано с конкретным типом проволокоподающего устройства. В наибо­лее простом варианте это источник, позволяющий выполнять механизированную сварку плавящим­ся электродом в защитных газах низколегирован­ных и коррозионно-стойких сталей и алюминия. Используется также при сварке порошковой и самозащитной проволоками. Особенностью высокочастотных инверторов являются высокая стабильность и качество сварки различных материа­лов в широком диапазоне толщин с минимальным разбрызгиванием металла. Такое оборудование в ряде случаев обеспечивает высококачественную сварку и покрытыми электродами со всеми видами покрытий. Сварка неплавящимся электродом является обычно дополнительной функцией. При импульсной сварке плавящимся электродом в смеси газов появляется возможность получения импульсов тока различной частоты и формы. При достаточной технологической проработке это свойство может улучшить качество сварных со­единений. Например, введение функции двойного импульса улучшило очистку металла при сварке алюминия, в результате чего сварной шов форми­руется того же вида, что и при сварке вольфрамо­вым электродом.

Все источники питания снабжены цифровыми дисплеями, в отдельных применена система «Минилог», обеспечивающая возможность переключения двух режимов сварки на сварочной горелке. Это важно при разной форме разделки или смене пространственного положения шва. В настоящее время наиболее распространена сварка плавя­щимся электродом конвекционным способом с раздельным регулированием скорости подачи проволоки и сварочного напряжения. В то же время, значительно расширяется область применения синергетического способа регулирования одной кноп­кой. Такой режим решает проблему установки пра­вильного соотношения подачи проволоки и напря­жения для каждого вида сварки в зависимости от ряда исходных параметров (диаметра электрод­ной проволоки, свариваемого материала, вида за­щитных газов, функции заварки кратера, парамет­ров импульсной сварки и др.).

Контроль за свар­кой и все виды регулирования осуществляются с панели управления или специальных пультов. На­пример, установка «AnstoMig Universal» фирмы ESAB имеет 200 программ для обычной импульс­ной сварки. Полуавтомат фирмы KEMPPI выполня­ет 20 программ. Существует возможность создания собственных программ, необходимых заказчику.

Инверторы для сварки плавящимся электро­дом выпускает ряд фирм (во многих из них реа­лизованы решения 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 А и др.

Функциональные возможности программы R-Keeper

... Keeper Программа R-Keeper была разработана в 1992 году. Компания UCS стала первой российской частной фирмой, вышедшей на рынок общественного питания с системой автоматизации ресторанов ... прав пользователя, то есть разграничивать доступ, используя систему паролей. Возможности Store House по индивидуальной настройке склада. Система автоматизации склада StoreHouse позволяет производить ряд настроек в ...

Универсальные транзисторные инверторы на­чали выпускать Санкт-Петербургская фирма «ФЕБ» — «Магма-315» и «Магма-500» и ООО «ПТК» -«Инверт-400» (ручная сварка, механизированная сварка плавящимся электродом, сварка неплавящимся электродом — 400 А, ПН — 80 %).

Инвертором

Инверторы совсем не редкие устройства. Под другими названиями они появляются в многочисленных приложениях. Инверторами, конеч­но, можно назвать и вибропреобразователи, и генераторы с обратной свя­зью, и релаксационные генераторы. Разве они не превращают постоян­ное напряжение в переменное? Фактически, использование названий «инвертор» и «генератор» несколько произвольно. Инвертор может быть генератором, а генератор можно использовать как инвертор. Обычно предпочитали использовать термин «инвертор», когда рабочая частота была меньше чем 100 кГц, и выполняемая им операция обеспечивала пе­ременным напряжением некоторую другую схему или оборудование. Со­временные инверторы не имеют ограничений по частоте.

генератором

На практике, когда мы рассматриваем конечное назначение схемы, различия между инверторами и генераторами, становятся достаточными очевидными. Назначение схемы тут же подскажет нам как более правиль­но ее называть: генератором или инвертором. Обычно инвертор приме­няется в качестве источника питания.

преобразователем

трансформатор постоянно­го напряжения

Рассмотрим преобразователь с дополнительной операцией. Предположим, что полная последовательность операций такова: переменное на­пряжение, постоянное напряжение, переменное напряжение, постоянное напряжение. Это означает, что устройство получает энергию от сети пе­ременного напряжения, выпрямляет это напряжение, инвертирует его в переменное напряжение, и снова выпрямляет. Таков основной принцип построения многих источников питания. Не является ли это неоправдан­но избыточным? Нет, поскольку для выполнения инверсии формируемое переменное напряжение имеет намного более высокую частоту, чем час­тота сети, что позволяет избавиться от массивного и дорогостоящего трансформатора, рассчитанного на частоту сети. Трансформатор инвер­тора (работающий на частотах от 20 кГц до нескольких МГц) бывает очень небольшим и обеспечивает полную изоляцию.

1 Инвертор. (Принцип работы, разновидность, область применения)

1.1 Последовательный инвертор

Электрическая схема, рабочие фазы и формы выходных сигналов последовательного инвертора изображены на рис. 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 t_o . 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 V_L и V_c можно получить с помощью теоремы Кирхгофа: (V_L + V_c = E), величины V_L и V_c 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 Т_г ._. Если оба тиристора находятся в закрытом состоянии, то V _R = 0, V_L = 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 V_L и V_c можно получить с помощью теоремы Кирхгофа: (V_L + V_c = 0), величины V_L и V_c должны удовлетворять условиям этого уравнения.

Рис.1 — Последовательный инвертор:

а) Электрическая схема;

• б) Фазы работы схемы;

в) Формы напряжений и токов в цепях последовательного

инвертора

Т ₁

Преимущества:

1. Простая конструкция.

2. Выходное напряжение близко к синусоидальному., Недостатки:

1. Индуктивность L и конденсатор С имеют большие габариты.

2. Источник питания используется только в течение положительного полупериода.

3. В выходном напряжении имеются высшие гармоники из-за на­личия мертвой зоны.

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:

T ₀ =T + 2t_d .

Выходная частота последовательного инвертора всегда меньше резонансной частоты вследствие наличия мертвой зоны. Значение выходной частоты может варьироваться путем изменения мертвого времени.

Рис.1г. -Форма выходного напряжения последователного инвертора

1.2 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.

t= t _x

t= t ₂

Рис.2 — а) Базовая схема параллельного инвертора;

б) Фазы работы схемы;

в) Формы напряжений и токов в цепях параллельного инвертора

Недостатки

1.Номинальное напряжение конденсатора должно быть 2Е.

2. Ток источника питания не является чистым постоянным током.

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

1.3 Мостовые инверторы, Однофазный полумостовой инвертор

Однофазный полумостовой инвертор состоит из двух источников пита­ния и двух коммутаторов. Нагрузка подключена между общим выводом источников питания и общей точкой коммутаторов.

1.3.1 Резистивная нагрузка

Т ₁

Рис.3 — а) Схема полумостового инвертора с резистивной нагрузкой;

б) Фазы работы схемы,

в) Форма напряжения и тока полумостового инвертора

1.3.2 Индуктивная нагрузка

D _x

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.

Рис.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 V_v , 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.

1.3.3 Полумостовой инвертор с RLC – нагрузкой

Рис.5 — а) Схема полумостового инвертора с RLC-нагрузкой, б) Форма напряжения и тока полумостового инвертора

Х _с

1.4 Инвертор Мак-Мюррея (инвертирующий преобразователь)

Т _А1

Фаза I. Тиристор Т₁ запускается, тем самым инициируется поло­жительный полупериод преобразования. Постоянный ток нагрузки протекает через тиристор Т₁ .

Фаза I I. В момент времени t₁ запускается вспомогательный тирис­тор Т_А1 . По замкнутой цепи L, С, Т_{ и Т_А1 начинает протекать ток, при этом ток через конденсатор синусоидально нарастает, как показано на рис.6в. В промежутке времени от t₁ до t₂ значение i_c <I₀ . В момент времени t= t₂ ; t_c = I₀ . Ток, текущий через тиристор Т₁ , становится равным нулю, и тиристор выключается. Следует заметить, что в этой фазе ток через тиристор Т₁ , уменьшается до нуля.

Фаза III. После выключения тиристора Т₁ ток продолжает протекать через D₁ . Диод находится в состоянии проводимости до момента време­ни t₃ до тех пор пока i_c — I₀ положительны. В момент времени t = t₃ диод D₁ , перестает проводить, так как ток через него уменьшается до нуля.

Фаза IV. После того как диод D₁ запирается, постоянный ток нагруз­ки протекает через конденсатор и дозаряжает его слева отрицательно, а справа положительно. Напряжение на конденсаторе изменяется линей­но, так как через конденсатор протекает постоянный ток.

Фаза V. Ток через диод увеличивается, в то время как ток через конденсатор уменьшается. Когда ток через тиристор T_a уменьшается до нуля, тиристор выключается.

Фаза VI. На индуктивной нагрузке изменяется полярность напряже­ния, и диод D₁ смещается в прямом направлении. Начинается процесс рециркуляции. Энергия, запасенная в нагрузке, передается обратно в источник питания V_r После запирания диода D₁ запускается тиристор Т₂ . Чтобы выключить тиристор Т₂ необходимо включить тиристор Т_A2 . Далее подобные процессы повторяются аналогично вышеизложенным.

Рис.6 — а) Схема инвертора Мак-Мюррея;

б) Фазы работы схемы;

в) Формы напряжения и токов инвертора Мак-Мюррея

При разработке инвертора его параметры выбираются исходя из наихудших условий, таких как минимальное входное напряжение и максимальный выходной ток.

1.5 Инвертор Мак-Мюррея — Бедфорда

Инвертор Мак-Мюррея содержит два вспомогательных тиристора. Ин­вертор Мак-Мюррея-Бедфорда не требует никаких вспомогательных тиристоров. Один основной тиристор в этой схеме коммутирует другой основной тиристор. Электрическая схема, рабочие фазы и форма вы­ходного сигнала инвертора Мак-Мюррея — Бедфорда изображены на рис.7. Рабочие фазы этой схемы устройства следующие.

Фаза I. Тиристор Т₁ запущен. Постоянный ток протекает через тирис­тор Т₁ , и индуктивность L₁ . Напряжение на индуктивности L₁ равно нулю, так как через нее протекает постоянный ток. Конденсатор С, замкнут через Т₁ и L₁ . Конденсатор С₂ заряжен до напряжения V₁ + V₂ : верхняя обкладка заряжена положительно, а нижняя — отрицательно.

Рис.7 — а) Схема инвертора Мак-Мюррея; б) Фазы работы схемы

Фаза II. После включения тиристора Т₂ напряжение с конденсато­ра С₂ подается на индуктивность L₂ . Это напряжение равно удвоенному напряжению питания. За счет взаимной индукции на индуктивности L₁ появляется напряжение, равное напряжению на индуктивности L₂ . Напряжение на катоде тиристора Т₁ равно учетверенному напряжению питания, а на аноде удвоенному напряжению питания. Таким образом, после включения тиристора Т₂ тиристор Т₁ выключается. Быстрое вы­ключение тиристора L₁ возможно благодаря тому, что энергия, запа­сенная в индуктивности L₁ передается на индуктивность L₂ поскольку общий магнитный поток должен оставаться постоянным. Из рис.7в видно, что ток в схеме перераспределяется от тиристора Т₁ на тиристор Т₂ в начале фазы II. По цепи L₂ и С₂ начинает протекать ток. Диод D₂ сме­щается в обратном направлении напряжением на конденсаторе С₂ .

Фаза III. Как только полярность напряжения на конденсаторе из­меняется на обратную, диод D₂ переходит в проводящее состояние и тем самым шунтирует конденсатор С₂ . Энергия, запасенная на индуктивнос­ти L₂ поддерживает неизменное направление тока через тиристор Т₂ и диод D₂ . Постепенно запасенная в индуктивности L₂ энергия рассеивает­ся на активном сопротивлении нагрузки, и тиристор Т₂ выключается.

Фаза IV. Диод D₂ по-прежнему смещен в прямом направлении за счет тока, протекающего через индуктивность нагрузки. Здесь имеет место процесс рециркуляции энергии, запасенной на индуктивности нагрузки. Диод D₂ находится в проводящем состоянии до тех пор, пока запасенная энергия передается источнику питания V₂ .

Т ₂

Рис.7в — Формы токов инвертора Мак-Мюррея –Бедфорда

1.6 Трехфазные инверторы, Трехфазные инверторы могут быть использованы в двух режимах:

1) 120-градусный режим работы;

2) 180-градусные режимы работы.

1.6.1 120-градусный режим работы

Тиристоры здесь нумеруются по аналогии с трехфазными двухполупериодными выпрямителями. Разность номеров тиристоров в каждой фазе равна трем. К трехфазному мостовому инвертору подключена активная нагрузка, состоящая из трех резисторов, как показано на рис.8. При 120-градусном режиме работы каждый тиристор находится в проводя­щем состоянии от 0 до 120° за период. В любое время два тиристора в этой схеме находятся в проводящем состоянии, и два из трех нагрузоч­ных резисторов являются потребителями мощности. Когда тиристор из нечетной группы находится в проводящем состоянии, соответствующее ему фазовое напряжение — положительное. Если же в проводящем состоянии находится тиристор из четной группы, соответствующее ему фазовое напряжение отрицательное. Фазовые напряжения здесь представляют собой 120-градусные псевдопрямоугольные последова­тельности импульсов. Выходные линейные напряжения имеют формы шестиступенчатых последовательностей импульсов, сдвинутых на 120° по отношению друг к другу. Формы фазовых и линейных напряжений приведены на рис.8б.

Запуск тиристоров в этой схеме осуществляется в последователь­ности 61-12-23-34-45-56. Выходная частота определяется частотой запуска тиристоров.

Рис.8а — 120-градусный режим работы инвертора Схема трехфазного мостового инвертора

Рис.8б — 120-градусный режим работы инвертора Формы фазовых и

линейных напряжений

1.6.2 — 180-градусный режим работы

При 180-градусном режиме каждый тиристор находится в состоянии проводимости половину периода. В этом режиме работы инвертора воз­можны 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 находятся в проводящем состоянии.

Фазовое напряжение инвертора будет положительным, если ти­ристоры из нечетной группы находятся в проводящем состоянии, и отрицательным, если тиристоры четной группы находятся в проводящем состоянии. В любое время два нагрузочных резистора подключены к источнику питания параллельно, а третий подключен последователь­но к ним. На двух параллельно соединенных резисторах выходное напряжение будет V/3, а на третьем — 2 К/3.

Рис. 9 — 180-градусныи режим работы инвертора

а) Схема трехфазного мостового инвертора,

б) Формы фазовых и линейных напряжений

Линейные напряжения здесь представляют собой 120-градусные псевдопрямоугольные последова­тельности импульсов. Выходные фазовые напряжения инвертора имеют формы шестиступенчатых последовательностей импульсов, сдвинутых на 120° по отношению друг к другу. Формы фазовых и линейных напря­жений приведены на рис.9б. Тиристоры в этой схеме запускаются в последовательности 561-612-123-234-345-456. Выходная частота определяется частотой запуска тиристоров.

1.7 Трехфазный инвертор тока

Электрическая схема и рабочие фазы трехфазного инвертора тока изображены на рис.10. Этот тип инвертора называется инвертором К. Фи­липса. Его работа основана на коммутировании напряжения. Большая индуктивность, включенная последовательно с источником напряжения, работает как источник тока. Схема работает в 120-градусном режиме.

Рис.10а — Схема трехфазного инвертора тока

D ₁ — D₆

Фаза I. Конденсатор С , заряжен с левой стороны до напряжения +ve, а с правой — до напряжения -ve. Тиристоры Т₁ и Т₂ запускаются согласно диаграмме 120-градусного режима работы. Схема остается в этом состоянии от 0 до 60°.

Фаза П. В следующий 60-градусный интервал тиристоры Т₁ и Т₂ должны находиться в проводящем состоянии. Тиристор Т₁ запускается начиная с 60-градусного интервала. Тиристор Т₁ , выключается ком­мутирующим напряжением. Ток протекает через D₁ фазу А и фазу С. Напряжение на конденсаторе С, меняет полярность.

Фаза III. Диод D₁ продолжает оставаться в проводящем состоянии до тех пор, пока ток через него протекает в том же самом направлении. Диод D₃ находится в проводящем состоянии, так как он смещен в пря­мом направлении присутствующим на конденсаторе С , напряжением. В этой фазе все три ветви нагрузки являются потребителями мощности. Эта фаза называется периодом перекрытия.

Рис.10б — Фазы работы схемы

Фаза IV. Диод D₁ находится в проводящем состоянии до тех пор, пока энергия, запасенная на индуктивности нагрузки в фазе А, не уменьшится до нуля. Далее ток протекает через тиристоры Т₂ и Т₃ согласно диаграмме управления при 120-градусном режиме работы инвертора.

Формы фазовых токов трехфазного инвертора тока эквивалентны формам фазовых напряжений трехфазного инвертора напряжения при 120-градусном режиме работы.

1.8 Управление выходным напряжением инвертора

Выходным напряжением инвертора требуется управлять в таких устройс­твах, как регулятор скорости, источники бесперебойного питания и

т. д.

Управлять выходным напряжением можно тремя способами:

1) регулированием входного напряжения инвертора;

2) регулированием выходного напряжения инвертора;

3) регулированием выходного напряжения самим инвертором.

Входное напряжение можно регулировать с помощью фазоуправляемого преобразователя или коммутатора, включенного на входе инвертора. Недостатком фазоуправляемого преобразователя является низкий коэффициент мощности со стороны входа инвертора. Недостат­ком коммутатора постоянного тока являются высокие коммутационные потери.

Выходное переменное напряжение инвертора можно регулировать с помощью трансформатора с коммутируемыми отводами от вторичной обмотки. Недостатком коммутации отводов является необходимость в обслуживании размыкателей.

Регулирование выходного напряжения самим инвертором называ­ется широтно-импульсной модуляцией. Различают два типа широтно-импульсных модуляторов:

1) однократные;

2) многократные.

1.8.1 Однократный широтно-импульсный модулятор

Т ₁

В промежутке времени от t₀ до t₁ в проводящем состоянии находятся транзисторы Т₁ и Т₁ . В это время на нагрузке положительное напряже­ние. В промежутке времени от t₂ до t₃ проводящем состоянии находятся транзисторы Т₃ и Т₄ , на нагрузке при этом отрицательное напряжение. Выходным напряжением инвертора можно управлять, изменяя угол 9. Чем больше значение 9, тем меньше выходное напряжение инверто­ра, и наоборот. Недостатком этого способа регулирования является присутствие в выходном напряжении большого количества высших гармоник.

Рис.11 — а) Схема мостового инвертора;

б) Формы сигналов широтно-импульсного модулятора

1.8.2 Многократный широтно-импульсный модулятор

Многократный широтно-импульсный модулятор вырабатывает серию управляющих импульсов за полупериод цикла преобразования. Сущест­вуют два типа многократных широтно-импульсный модуляторов: а) ши­ротно-импульсный модулятор с равными длительностями управляющих импульсов и б) синусоидальный широтно-импульсный модулятор.

Широтно-импульсный модулятор с равными длительностями управляющих импульсов

V ₁

Рис.12а — Формы сигналов симметричного широтно-импульсного модулятора

V_T

Синусоидальный широтно-импульсный модулятор

V _c

Рис.12б — Формы сигналов синусоидального широтно-импульсного модулятора

1.9 Управление гармоническими составляющими (управление формой напряжения)

Формы выходных напряжений инверторов могут быть прямоугольными, квазипрямоугольными, треугольными или в виде шестиступенчатых последовательностей импульсов. В выходном напряжении содержатся основная гармоника и ее высшие компоненты. Если инвертор исполь­зуется в качестве источника питания асинхронного электродвигателя, высшие гармоники питающего напряжения вносят потери в виде допол­нительного выделения тепла. Например, пятая гармоника питающего электродвигатель напряжения производит крутящий момент в противо­положном направлении по отношению к основному крутящему моменту. Поэтому предпочтительно минимизировать коэффициент гармоник в выходном напряжении. Методы уменьшения гармоник следующие:

1)коммутация промежуточных отводов в трансформаторе;

2)подключение нагрузки через трансформатор;

3)использование фильтров;

4)использование широтно-импульсной модуляции.

1.9.1 Коммутация промежуточных отводов в трансформаторе

Электрическая схема инвертора с коммутацией промежуточных отво­дов в трансформаторе изображена на рис.13а. Схема этого инвертора похожа на схему параллельного инвертора. Когда один из тиристоров слева находится в проводящем состоянии, выходное напряжение инвер­тора -положительное, если же один из тиристоров справа находится в проводящем состоянии, выходное напряжение — отрицательное. Когда тиристор 1 запускается, напряжение источника питания прикладывает­ся к половине первичной обмотки трансформатора. Выходное напря­жение инвертора в этом случае минимальное, поскольку отношение «вольт/виток» минимальное.

Рис.13а — Электрическая схема инвертора с коммутацией промежуточ­ных отводов в трансформаторе

В следующий момент времени запускается тиристор 2, а тиристор 1 выключается. Отношение «вольт/виток» увеличивается, и выходное напряжение инвертора также увеличивается. После запуска тиристора 3 тиристор 2 выключается, выходное напряжение инвертора становится максимальным. Для получения двенадцатиступенчатой формы выходного напряжения тиристоры должны запускаться в последовательности 1-2-3-2-1-1А-2А-ЗА-2А-1А. Недостатком этой схемы является сложность запуска и коммутирования тиристоров.

1.9.2 Подключение через трансформатор

V ₁ + V₂ = V_o .

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

Различные типы используемых фильтров изображены на рис.13г. В однозвенном LС-фильтре реактивное сопротивление индуктивности L с увеличением частоты увеличивается, то есть высокочастотные компонен­ты на выходе существенно ослабляются. С увеличением индуктивности L увеличиваются омические потери в фильтре. Конденсатор С обладает высоким реактивным сопротивлением на низких частотах, но при этом эффективно шунтирует высокочастотные компоненты. Оптимальный выбор элементов фильтра позволяет увеличить рабочий ток инвертора без существенного увеличения потерь в LC-фильтре

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.

К сожалению, следует признать, что отечест­венные производители сварочной техники намно­го отстали от мирового уровня развития инверторных источников в связи с общим спадом экономики за последние 10 лет. И все-таки, общая тенденция сохраняется. Российские изготовители также предлагают инверторные источники.

Среди них сварочные выпрямители серии «Форсаж» Государственного Рязанского прибор­ного завода. Эти установки предназначены для сварки низкоуглеродистых, низколегированных и коррозионно-стойких сталей. Они имеют плавную регулировку сварочного тока, снабжены вентиля­тором и защитой от перегрева. Диапазон свароч­ного тока от 40 до 315 А, масса 6,7-12,5 кг.

Сварочный инверторный аппарат «Торус-200» предназначен для дуговой сварки постоянным током. Несмотря на маленький размер (115х185х280 мм) и массу около 5 кг, диапазон сва­рочного тока у него 40-200 А. Этот сравнительно недорогой источник может работать от бытовой се­ти дома, на приусадебных участках, в гаражах и т. д.

В настоящее время лучшими среди сварочных аппаратов инверторного типа признаны самые малогабаритные в мире серии ВМЕ, разработан­ные в ООО НПЦ «ПромЭл-2000» (изготовитель ОАО «Машиностроительный завод «Прогресс», Ас­трахань).

Они удостоены Золотой медали Между­народного салона инноваций и инвестиций (Моск­ва, 2002 г.), а также множества дипломов между­народных и региональных выставок.

Таблица № 1

Аппарат, фирма-изготовитель, страна	Диапазон регулирования сварочного тока, А	Габаритные размеры, мм	Масса, кг	ПВ,%
Master-1500, Kemppi, Финляндия	15-150	390x155x285	10	20
Mmarc-140, Kemppi, Финляндия	10-140	305x123x250	4,8	80
InvertecV 160-S, Lincoln Electric, США	5-160	320x200x430	10,5	—
Caddy Tig 150, ESAB, Швеция	3-150	310x130x250	5,5	25
Tecnica 1600, Telwin, Италия	5-150	280x150x195	3,3	10
Mito 160 MMA, Mito, Италия	5-160	175x430x245	14	60
TINY 150, Kjellberg, Германия	5-150	320x110x260	5,4	35
SI601, Cemont, Италия	5-150	145x235x340	7,7	35
Topyc-200, OOO «TOP», Россия	40-200	115 x 185 x 280	5	40
Форсаж-160, Государственный Рязанский приборный завод, Россия	40-315	410x180x390	10	60
ВДУ4-1371, АО «Спецэлектромаш», Россия	5-130	365x139x196	8	100
BME-160, ОООНПЦ»ПромЭл-2000″, Россия ЭЛ-2000″, Россия	15-160	175x300x86	3,6	80
Примечание. Напряжение питающей сети 220 В.

Таблица № 2

Аппарат	Напряжение питающей сети, В	Диапазон регулирования сварочного тока, А	Напряжение холостого хода, В	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
ВМЕ-120	220	10-120	60-80	140x250x65	2,2
ВМЕ-140	220	10-140	60-80	140x250x65	2,3
ВМЕ-160	220	10-160	60-80	175x300x86	3,6
ВМ-300	380	50-300	50-70	406x310x90	8,0
ВМ-420	380	50-420	60-80	540x314x90	12,0
Примечание Для всех аппаратов ПВ = 80 %

Таблица № 3

	Напряжение питающей сети, В	Диапазон регулирования длительности действия прямого и обратного тока, с	Диапазон регулирования амплитуды прямого и обратного тока,А	ПВ, %	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
ВМ 120	220	—	20-120	276x270x65	2,2
ВМ 120Р	220	6-600 Плавно	Плавно	100	276x270x65	3,7

ООО НПЦ «ПромЭл-2000» уже три года рабо­тает на российском рынке. За это время разрабо­таны и запущены в серийное производство мало­габаритные инверторные сварочные аппараты, технические характеристики которых приведены в таблице № 2.

Разработаны и внедрены в производство так­же малогабаритные гальванические источники питания инверторного типа (таблица № 3).

Малогабаритные сварочные аппараты серии ВМЕ на основе высокочастотных транзисторных инверторов предназначены для высококачествен­ной ручной дуговой сварки покрытыми электрода­ми диаметром 1,6-6 мм током прямой и обратной полярности. Аппараты обеспечивают легкий поджиг, устойчивое горение и эластичность дуги, минимальное разбрызгивание металла, надежность и высокое качество сварных швов, сварку боль­шинства углеродистых, легированных и коррози­онно-стойких сталей. Их применение гарантирует безопасность работы согласно международным нормам IEC 974.

Соответствуя по основным параметрам свар­ки аналогичным зарубежным изделиям таких ве­дущих производителей, как Telwin, Fronius, EWM, аппараты серии ВМЕ имеют меньшие массу и га­баритные размеры, высокую продолжительность включения и значительно меньшую стоимость.

Силовые источники питания для сварки и в дальнейшем будут совершенствоваться, что рас­ширит их функциональные возможности.

2.2 Особенности 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 cosφ падение напряжения усиливается (рис 14, кривые 1, 2).

При активно-емкостной на­грузке (сварочный инвертор) cosφ опережающий и с ростом потребляемого тока напряжение воз­растает тем сильнее, чем меньше cosφ (см рис 14, 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 15. 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 R_H .

На рис. 16 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, что нежелательно.

Рис.14 — Внешние характеристики синхронного генератора

(3 -cos(φ= 1)

Рис.15 — Структурная схема инверторного сварочного источ­ника

Рис.16 — 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.

В ряде случаев необходимо модернизировать регулятор напряжения генератора (блок корректо­ра напряжения), так как при дуговой сварке могут возникнуть низкочастотные колебания напряже­ния, при которых мгновенные значения напряже­ния генератора превысят допустимые для данно­го типа инверторного источника. Например, вме­сто положительной обратной связи по току ввести отрицательную и изменить параметры корректи­рующих звеньев регулятора. Это требует вмешательства в электрическую схему генератора и не всегда приводит к желаемому результату.

Рис.17 — Линейное напряжение генератора БГ-30:1 — холостой ход, 2 -при питании ДС 250.33

Использование в инверторе LC-фильтра вме­сто емкостного благоприятно сказывается на ра­боте генератора позволяет исключить перена­пряжения и полностью использовать мощность.

Инверторный источник ДС 250 33 для сварки покрытыми электродами предназначен для рабо­ты в тяжелых трассовых условиях, снабжен встро­енными LC-фильтрами и адаптирован для работы от автономных генераторов. На рис 17 приведены осциллограммы линейного напряжения генерато­ра БГ-30 при питании от него двух источников ДС 250 33 Видно, что перенапряжения отсутствуют.

2.3 Инверторный аппарат ДС 250.33 для сварки покрытыми электродами, В НПП «ТЕХНОТРОН» разра­ботан новый аппарат ДС 250.33 для сварки покрытыми электро­дами.

15-летний опыт производст­ва и эксплуатации инверторных сварочных аппаратов, освоение новых производственных техно­логий и элементной базы с уче­том современных мировых тен­денций развития сварочного оборудования, а также опыт пе­редовых компаний послужили основой для создания инверторного аппарата нового поколения.

Главными требованиями при разработке аппарата были на­дежность работы источника, вы­сокий ПВ, простота эксплуата­ции, широкий температурный диапазон работы, возможность работы от автономных источни­ков питания, хорошая ремонто­пригодность.

Корпус аппарата выполнен из литых алюминиевых панелей, обеспечивающих жесткость кар­каса. Порошковая покраска па­нелей и стенок предохраняет по­верхность от коррозии и мелких повреждений. Выступающие на 15 мм панели защищают органы управления от случайных повре­ждений.

При разработке органов управления и отработке режи­мов разработчики столкнулись с противоречием: одна часть по­требителей сварочного оборудования хотела бы иметь макси­мум функций в аппарате, в том числе и импульсный режим рабо­ты, удобный при сварке тонких деталей или в потолочном поло­жении; другая, не менее значи­тельная часть — только необходимый минимум ручек и регули­ровок. Задача была решена следующим образом. В базовом варианте (рис.18, а) имеется ре­гулировка тока сварки и «форси­рования» дуги. Кроме того, мож­но отключить «горячий старт» и выбрать наклон ВАХ.

При необходимости в источ­ник вставляется блок импульсно­го режима (вместо заглушки), в котором предусмотрены регули­ровки тока пауза, времени им­пульса и паузы. Время снятия — установки блока 1 мин (рис.18, б).

Новый аппарат ДС 250.33 име­ет следующие преимущества: в плавное регулирование сва­рочного тока в диапазоне от 25 до 250 А, точность задания тока — до 1 А, контролируется цифро­вым индикатором.

Таблица № 4. Технические характеристики аппарата ДС 250.33

Напряжение питания, В	380, -15/+10%
Потребляемая мощность, кВА	Не более 12
Сварочный ток (плавно регулируемый), А	25-250
Номинальный режим работы ПН,% При 40 0 С При 20 0 С	65 100
Максимальный ток при ПН=100%, А	200
Диапазон рабочих температур, 0 С	-40 – 40
Масса, кг	29
Габаритные размеры, мм	505х225х435

Рис.18 — Базовый вариант аппарата (а) и новый вариант ДС 250.33 с импульсным блоком (б)

• дистанционное управление сварочным током,

• цифровую индикацию пара­метров сварки тока сварки (А) и степени «форсирования дуги» (в относительных единицах);

• пониженное напряжение хо­лостого хода 12В,
• систему «горячего старта», обеспечивающую легкое возбуж­дение сварочной дуги;
• устройство «антистик», защи­щающее от прилипания элек­трода;

• возможность регулировки «форсирования» сварочной дуги, определяющей поведение сва­рочного тока в момент уменьше­ния и замыкания дугового проме­жутка (рис.19), уменьшение «фор­сирования» снижает разбрызги­вание металла, а увеличение — уменьшает вероятность «прили­пания» электрода, увеличивает проплавление и давление дуги;

• возможность выбора наклона ВАХ (0,4 или 1,25 В/А), позволяет управлять переносом металла в зависимости от конкретных усло­вий сварки и типа электрода, что особенно важно при сварке цел­люлозными электродами;

• автоматическое отключение при перегреве, пониженном на­пряжении и отсутствии одной из фаз питающего напряжения;

• заданный ток поддерживает­ся вне зависимости от колебаний напряжения сети;
• в высокое выходное напряжение позволяет вести сварку при сум­марной длине кабелей до 100 м;

— возможна поставка с блоком импульсного режима (исполне­ние 01) В этом случае цифровой индикатор отображает значение тока паузы (А), времени протека­ния тока импульса и тока паузы (с).

Импульсный режим работы облегчает ведение процесса в различных пространственных положениях, сварку деталей ма­лой толщины и снижает требова­ния к квалификации сварщика, например при сварке вертикаль­ных и потолочных швов. Управление тепловой мощностью дуги позволяет регулировать в широ­ких пределах глубину проплавления и скорость кристаллиза­ции металла шва при сварке труб и металлоконструкций в любом пространственном положении. Во время импульса тока мощ­ность дуги нарастает, соответ­ственно увеличивается количе­ство расплавленного электрод­ного и основного металлов. Снижение мощности дуги во время паузы способствует уско­ренной кристаллизации жидкого металла сварочной ванны с од­новременным снижением коли­чества основного и электродного металлов. Используя импульс­ный режим, можно обеспечить требуемую проплавляющую спо­собность дуги без опасности про­жогов и получить большее коли­чество наплавленного металла в единицу времени. При этом уп­рощается технология однопро­ходной сварки и выполнение кор­невых проходов при многослой­ной сварке труб и металлоконст­рукций без подкладок даже при больших допусках на сборку, по­вышается эффективность про­цесса сварки и улучшается фор­мирование швов. Плавное очер­тание и мелкая чешуйчатость

швов соответствуют выбранно­му режиму пульсации дуги.

Питание источника осущест­вляется от стационарной трех­фазной сети напряжением 380 В (50 Гц).

Возможны колебания на­пряжения -15/+10 % (от 320 до 420 В) и колебания частоты -5/+15 Гц (от 45 до 65 Гц).

Кпд ис­точника около 85 %.

Предусмотрено питание ис­точника от генератора(в со­ставе передвижных машин).

При этом аппарат потребляет не бо­лее 12 кВ

• А на максимальном токе (250 А).

  И если при питании от стационарной сети это озна­чает просто экономию электро­энергии, то при питании от ди­зель-генератора существен­ный выигрыш в количестве по­стов.

Возможно использование двух аппаратов при питании от гене­ратора мощностью 30 кВт и четырех-пяти аппаратов — от гене­ратора на 60 кВт.

Питание обычного инверторного источника от генератора имеет некоторые особенности.

Рис.19 — ВАХ источника при слабом (1) и сильном (2) «форсировании» свароч­ной дуги

Большинство генераторов рас­считано на активно-индуктивную нагрузку, при которой с ростом потребления напряжение пита­ния падает. Поэтому производи­тели устанавливают на генера­торе корректор напряжения, ко­торый создает положительную обратную связь по току, компен­сируя падение напряжения на нагрузке. Обычный инверторный источник имеет емкостной харак­тер потребления, поэтому с рос­том нагрузки напряжение на ге­нераторе возрастает, а наличие корректора напряжения приво­дит к еще большему его росту. Результатом может быть выход из строя и инвертора, и самого генератора от перенапряжений. Чтобы избежать этого, приходит­ся снижать напряжение холо­стого хода генератора, использовать его не на полную мощ­ность или ставить дополнитель­ные фильтры.

Аппарат ДС 250 33 полно­стью лишен указанных недос­татков. Встроенный LC-фильтр обеспечивает питание источни­ка от генератора. Аппарат адап­тирован к работе с любым гене­ратором, обеспечивающим не­обходимые напряжение, часто­ту и мощность.

Источники используются в составе передвижных ремонт­ных мастерских на базе автомо­билей «КамАЗ» «УРАЛ», тракто­ров ДТ-75 ТТ-4М и ТДТ-55А. При этом аппарат ДС 250 33 комплек­туется набором амортизаторов, силовыми кабелями и дистанци­онным управлением на 25м. Воз­можно удлинение кабелей до 50 м (суммарная длина 100 м).

Конструктивно внутреннее оснащение источника элемента­ми выполнено по принципу «тру­бы», через которую воздух прого­няется вентилятором. Дном и бо­ковыми стенами служат соответственно «трубы», дно и боковые стенки источника верхняя же стенка представляет собой «гребенку» радиатора. На радиаторе в верхней части источника нахо­дятся силовые элементы и сис­тема управления в нижней час­ти внутри «трубы» силовой трансформатор выходной дрос­сель и другие элементы. Таким образом источник как бы разде­лен на две части. Такая компо­новка дает явные преимущества, во-первых резко возрастает ин­тенсивность охлаждения радиа­торов во-вторых, пыль, которая, учитывая возможные места ис­пользования источника, может иметь и металлическую состав­ляющую не попадает в верхнюю часть источника, где находится наиболее чувствительная к ней система управления.

Аппарат имеет микропроцес­сорное управление. Электрон­ные платы собраны по техноло­гии поверхностного монтажа, имеют защитную маску и покры­ты двойным слоем лака. Все элементы рассчитаны на темпера­турный диапазон работы от -40 до 40 °С.

Электронные платы не тре­буют дополнительной настрой­ки имеют быстроразъемные со­единения и могут быть заменены в течение 30 мин.

Аппараты проходят периоди­ческие испытания в камере теп­ла и холода при температуре от -40 до 40 °С на вибростенде, стенде радиопомех и при пита­нии дизель-генератора мощно­стью 30 кВт. Перед отправкой по­требителю все аппараты испы­тывают на полигоне.

Инверторный аппарат ДС 250 33 для сварки покрытыми электродами предназначен для работы в цеховых и трассовых условиях при питании как от ста­ционарной сети, так и от генера­тора. Он сочетает в себе совре­менные достижения в области техники и технологии сварки с простотой и удобством эксплуа­тации.

2.4 Универсальный сварочный инверторный источник общего назначения 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 №5.

Таблица № 5

Сеть питания	Номинальные выходные параметры			Выходной ток, А при напряжении, В					Сварочный ток, А	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
	Ток, А	Напряжжение, 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

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).

Установку режимов и параметров сварки выполня­ют с помощью органов управления, расположенных на передней панели источника (рис 20).

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

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 Arc Fcrce / Inductance Control (рис.21), 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 жесткой вольт-амперной характеристике регулятор изменяет количество индуктивности вводимой в сварочную цепь. При этом изменяется динамика роста или снижается сварочный ток при изменении напряжения вследствие влияния так называемого ‘Пинч-эффекта». Последнее наиболее ощутимо при сварке на режиме переноса металла сериями коротких замыканий.

Рис.20 – Панель управления источника Invertec V300-1

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 The Lincoln 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.

Рис.21 – а) жёсткие выходные характеристики при различном положении регулятора Inductance Control; б) падающие выходные характеристики при различном положении регулятора Arc Force.

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.

Механизированная сварка цветных металлов, Сварка трубопроводов в полевых условиях.

При использовании специализированного полуавтомата LN-23P можно применять источник Invertec V300-1 для качественной и высокопроизводительной сварю, труб комбинированным методом штучный электрод + порошковая самозащитная проволока. Схема использования комплекта: корневой шов выполняют штучным электродом с основным (Lincoln 16P) или целлюлозным (Eleetweld 5P+) покрытием. Горячий заполняющий и облицовочный проходы выполняют порошковой самозащитной проволокой (Innershiek NR-207 или NR-208H).

В связи с тем, что выходные сварочные характеристики источника не зависят от колебаний частоты входного напряжения а также учитывая низкую потребляемую мощность, можно одновременно использовать несколько аппаратов при питании их от дизель-генераторов переменного токе на 220 или 380 В. Применению данного оборудования, способствуют также его малые масса и габаритные размеры, возможность работы при температуре -40 — 40 °С и высокая степень защиты от влияния окружающей среды.

2.5 Сварочные инверторные аппараты MOS 138E,

MOS Г68Е, MOS 170E

• Сварочный ток — постоянный. Сварка различных материалов как

на прямой, так и на обратной полярности;

• TIG — для сварки стали, нержавеющей стали, меди, никеля

толщиной от 0,5 мм;

• Функция «Горячий старт» — для облегчения первичного

возбуждения сварочной дуги;

• Функция «Анти-липкий» помогает избежать перегревания

электрода, защищая его металлургические свойства;

• Функция «ARC FORCE» — стабилизация сварочной дуги;
• Защита от перегрева;

Оборудование для дуговой TIG сварки (вольфрам, инертны газ), изготовляемое по технологии INVERTER дает возможность соединять металлические детали плавлением. Это позволяв делать неразъемные соединения под действием выделяемой теплоты при электродуговом разряде между концом электрода основным материалом сварки.

Таким образом, металлические части соединяются расплавом. Новая электронная технология позволяет изготавливать оборудование, отличающееся особыми свойствами: меньшим весом и малым потребляемым током. Технические характеристики аппаратов приведены в таблице №6.

Таблица № 6

Наименование оборудования	Размерность	MOS 138E	MOS 168E	MOS 170E
Напряжение сети	В (50-60 Гц)	1 фазах 230	1 фазах 230	1фаза230
Максимальный ток сети	А	16	16	16
Потребляемая мощность	кВА	2,5	3,0	3,5
Коэффициент мощности	cos<φ	0,8	0,8	—
Эффективность	η	0,85	0,85	—
Напряжение холостого хода	В	90	90	70
Пределы регулирования	А	5-130	5-150	5-160
Диаметр используемого материала	мм	1,6-3,2	1,6-4,0	1,6-4,0
Рабочий цикл	А	130-20 % 75-60 %	140-15 % 90-60 %	160-20 % 115-60 %
Габариты	мм	275x130x170	320x130x170	320x130x170
Вес	кг	3,8	4,0	4,0
Дополнительные		DS10/TG17	DS10/TG17	TG17
по желанию: кейс для переноса аппарата

2.6 Инверторный сварочный аппарат POWER MAN

Сварочные аппараты инверторного типа являются наиболее современными и технически сложными источниками сварочного тока. В отличие от сварочных трансформаторов и выпрямителей у инверторов отсутствует силовой трансформатор. Работают они следующим образом. Напряжение однофазной сети промышленной частоты преобразуется входным выпрямителем в постоянное напряжение. Это напряжение в свою очередь преобразуется с помощью инвертора (очень сложного электронного устройства) в переменное повышенной частоты, которое затем поступает на понижающий высокочастотный трансформатор. Вторичная обмотка трансформатора нагружена на диодный выпрямитель, к выходу которого через сглаживающий дроссель подключены электрод и изделие.

Аппарат выполнен в металлическом корпусе, удобном для его переноски. На лицевой панели аппарата размещены органы управления и индикации, силовые разъемы для подключения рабочих кабелей. На задней панели расположен вентилятор для принудительного охлаждения электронных схем и силовых блоков аппарата и автомат включения. Технические характеристики приведены в таблице №7.

Таблица №7

Модель, POWER МАN	160А	200А	230А	250А	300А
Потребляемая мощность, КВт	4	6	10	12	13,5
Напряжение сети 50/60Гц, ±10%	220	220	220	220	220
Напряжение холостого хода, В	78		80
Диапазон сварочного тока, А	20-160	20-200	20-230	20-250	10-300
Рабочий цикл на максимальном токе, %	60	60	60	60	60
Габариты, мм	130х210х370	150х240х400	200х240х450		200х320х480
Масса, кг	7	9,5	12	14,5	18
Блок понижения напряжения холостого хода	есть	есть	есть	есть	есть

В некоторых аппаратах моделей 230А, 250А, 300А значение I_max может быть меньше на 5 % от значения указанного в таблице.

Комплектация:, В комплект поставки входит:

• инвертор,
• инструкция,
• комплект кабельных соединителей,
• наплечный ремень ( кроме моделей 250А, 300А)

POWER MAN — компактный, легкий, экономичный инверторный свароч­ный аппарат для ручной дуговой сварки штучными электродами (ММА), может быть использован для сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа при контактном возбуждении дуги (TIG).

Аппараты серии POWER MAN предназначены для промышленного ис­пользования и в бытовых целях. Небольшие габариты и вес аппарата позволяют сварщику свободно перемещаться по всей площади произ­водимых работ, что делает работу с ним простой и удобной. Аппараты могут эксплуатироваться при температуре окружающего воз­духа в диапазоне от минус 20°С до плюс 40°С и относительной влаж­ности до 80% при 25°С и более низких температурах без конденсации влаги. Конденсация может образовываться в следующих случаях:

• если аппарат внесен в теплое помещение из холода (не используйте

аппарат в течение 2 часов);

• если окружающая температура резко снизилась;

— если аппарат был перенесен из более прохладного помещения в бо­лее теплое и влажное.

Схема подключения изображена на рисунке 22.

Рис.22 – схема подключения., Библиографический список

1. Рама Р.С. Основы силовой электроники/ Рама Р.С. : перев. с англ. Масалова В.В. – Москва: Техносфера, 2006. – 288.:ил. – (Мир электроники);

2. Готтлиб И.М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы/ И.М. Готтлиб; перев. с англ.: А.Л. Ларина, С.А. Лужанского, — Москва.: Постмаркет, 2000, — 552с.: ил. – (Б-ка современной электроники);

3. Малешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника/ В.И. Мелешин, — Москва.: Техносфера, 2005, — 632с.: ил. – (Мир электроники);

4. Миронов С. Инверторные источники питания для дуговой сварки// Сварочное производство. 2003. № 4. Стр. 41-43.;

5. Гецкин О.Б., Кудров И.В., Яров В.М. Особенности работы сварочных инверторов от автономных источников питания// Сварочное производство. 2004. № 4. Стр. 53-55.;

6. Гецкин О.Б., Кудров И.В., Яров В.М. Инверторный аппарат ДС 250.33 для сварки покрытыми электродами// Сварочное производство. 2004. № 2. Стр. 19-21.;

7. Иоффе Ю.Е., Можайский В.А. Универсальный сварочный инверторный источник общего назначения Invertec V300-1// Сварочное производство. 1998. № 1. Стр. 44-46.;

8. Паспортные данные некоторых инверторных сварочных аппаратов имеющихся в продаже магазина «ИнтерСварка».