Инверторные источники питания


Лекция №9 Сварочные инверторы

Одним из первых шагов в развитии регулируемых источников питания стал разработанный в 1905 году австрийским профессором Розенбергом сварочный генератор поперечного поля, у которого напряжение на дуге менялось с ростом сварочного тока.

• В 1907 году первый генератор с регулируемым напряжением был выпущен заводом Lincoln Electric (США).

• Появление в 50-х годах селеновых диодов позволило создавать мощные выпрямители для дуговой сварки.

• Следующим важным этапом стало начало производства силовых кремниевых тиристоров, которое началось в 60–70-х годах.

Их применение позволило плавно изменять величину сварочного тока не за счет магнитного потока силового трансформатора или генератора, а на основе обратных связей и фазовой регулировки угла включения тиристоров.

Одним из первых образцов были выпрямители серии Tilark компании Kemppi (Финляндия), собранные по схеме «силовой трансформатор — тиристорный выпрямительный блок». Эта схема дала возможность получать различные вольт-амперные характеристики, снизить пульсации тока и стала классической для сварочных выпрямителей.

В 1977 году Kemppi выпустила на рынок сварочный выпрямитель Hilark-250. Он был собран на базе «скоростных» тиристоров, которые преобразовывали постоянный ток в переменный с частотой 2–3 кГц.

Выпуск серии выпрямителей Hilark и стал началом триумфального шествия инверторных источников питания для дуговой сварки. Использование инверторных переключателей позволило быстро перестраивать источник питания, получать различные вольт-амперные характеристики, используемые для разных сварочных процессов - MMA, TIG, MIG/MAG, - и перейти в дальнейшем к реализации принципа сварочных мультисистем. Такие мультисистемы начали поставляться Kemppi в 1981–1982 годах.

С появлением на рынке силовой электроники частота инвертирования (а следовательно, и частота работы сварочного трансформатора) выросла до 20 кГц, при этом отношение сварочного тока к массе источника питания повысилось вдвое. На базе IGBT-транзисторов стали выпускать малогабаритные источники для сварки методами MMA, TIG, MIG/MAG, плазменной резки.

Одним из первых инверторов на транзисторах IGBT был выпрямитель серии Master компании Kemppi, работающий на частоте 20 кГц. Инверторы этой серии поступили в продажу в 1991 году.

Инверторные источники сварочного тока (в отличие от «классической» схемы) не имеют силового трансформатора. Работа этого оборудования основана на принципе фазового сдвига напряжения, его инверсии. Процесс контролируется схемой с каскадным усилением тока. Это обеспечивает широкий спектр вольт-амперных характеристик, что в свою очередь позволяет получать сварочный шов высокого качества. Немаловажным становится и такой аспект, как размерные и весовые характеристики оборудования. При использовании в качестве источника сварочного тока инвертора малой мощности габариты оборудования, позволяющего добиваться высокого качества сварки значительно меньше.

Инверторный сварочный аппарат – это аппарат с инверторным источником питания, преобразующим переменное напряжение сети в напряжение и ток для сварки. Основными компонентами инверторного источника питания обычно являются:

  • сетевой выпрямитель, преобразующий входное переменное напряжение в постоянное;
  • инвертор, преобразующий далее постоянное входное напряжение в переменное высокой частоты;
  • высокочастотный трансформатор, понижающий напряжение, преобразованное инвертором;
  • выходной высокочастотный выпрямитель;
  • сглаживающий дроссель.

Основным принципом работы инверторного источника питания является многократное поэтапное преобразование электрической энергии. Можно выделить основные этапы преобразования:

  1. Выпрямление сетевого переменного тока с промышленной частотой 50 Гц первичным выпрямителем, собранным из силовых диодов по мостовой схеме;

2. Преобразование выпрямленного тока в переменный ток высокой частоты; понижение переменного напряжения высокой частоты импульсным высокочастотным трансформатором до значения, соответствующего напряжению сварки, с формированием необходимого вида вольт-амперной характеристики;

3.Преобразование вторичным выпрямителем переменного напряжения высокой частоты, соответствующего величине сварочного напряжения, в постоянное напряжение, со сглаживанием пульсаций тока.

Функциональная схема источника питания инверторного сварочного аппарата приведена на рисунке 12 ниже.

 
 

Рис.12Функциональная схема источника питания инверторного сварочного аппарата для трехфазного входного напряжения 380 В промышленной частоты

Технологические преимущества инверторных сварочных аппаратов:

  • минимальное разбрызгивание;
  • сварка короткой дугой;
  • сварка плохо свариваемых сталей;
  • минимальный перегрев свариваемого изделия;
  • высокие КПД и быстродействие;
  • меньшие габариты по сравнению со сварочными трансформаторами;
  • для получения качественных швов не требуется высокой квалификации сварщика.

Инверторные сварочные аппараты также называют сварочными инверторами. (Рис.13)

 
 

Рис.13 Инверторные источники питания

Лекция №10. Сварочная дуга (определение, физическая сущность, способы зажигания, условия устойчивого горения, строение, влияние длины дуги на производительность и качества шва, окончание шва)

Если случайно или намеренно разомкнуть элек­трическую цепь, то в месте разрыва цепи проскакивает электрическая искра. Это явление, представляющее со­бой прохождение электрического тока через воздух, но­сит название искрового разряда.

Сварочной дугой называют дугу, представляющую собой длительный устойчивый электрический разряд в га­зовой среде между электродом и изделием либо между электродами, отличающуюся большим количеством теп­ловой энергии и сильным световым излучением.

Сварочные дуги квалифицируют по следующим признакам:

  • по среде, в которой происходит дуговой разряд; на воздухе — открытая дуга, под флюсом — закрытая дуга; в среде защитных газов;
  • по роду применяемого электрического тока—постоян­ный, переменный;
  • по типу электрода - плавящийся, неплавящийся;
  • по длительности горения — непрерывная, импульсная дуга;
  • по принципу работы — прямого действия, косвенная дуга, комбинированная или трехфазная

Для сварки металлов наиболее широко исполь­зуют сварочную дугу прямого действия, в которой одним электродом служит металлический стержень (плавящийся или неплавящийся электрод), а вторым — свариваемая деталь. К электродам подведен электрический ток — по­стоянный или переменный.

Теплота, выделяемая сварочной дугой, не вся переходит в сварной шов. Часть теплоты теряется бесполезно на нагрев окружающего воздуха, плавление электродного покрытия

Мощность сварочной дуги Q зависит от свароч­ного тока I и напряжения дуги U

Q=I*U Вт

Дугу возбуждают двумя способами — касанием или чирканьем. В обоих случаях процесс возбуждения сварочной дуги начинается с короткого замыкания. При этом в точках контакта увеличивается плотность тока, выделяется большое количество теплоты, и металл пла­вится. Затем электрод отводят, разрядный промежуток заполняется нагретыми частицами паров металла, и начи­нается горение дуги.

При отводе электрода от изделия (после корот­кого замыкания и мгновенного расплавления металла) жидкий мостик металла вначале растягивается, сечение его уменьшается, температура металла повышается, а за­тем жидкий мостик металла разрывается (рис.14). При этом происходит быстрое испарение металла, и разрядный промежуток заполняется нагретыми ионизированными частицами паров металла, электродного покрытия и воз­духа — возникает сварочная дуга.

Для повышения устойчивости горения сварочной, дуги в электродное покрытие или в защитный флюс вводят эле­менты (калий, натрий, барий и др.), которые повышают степень ионизации и, следовательно, стабилизации свароч­ной дуги.

 
 

1 2 3 (+) 4

Рис.14 Схема возбуждения электрической дуги:

Дата добавления: 2016-10-26; просмотров: 5233; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Похожие статьи:

poznayka.org

2. Инверторные источники питания для сварки.

Понятие «инвертор» происходит от латинского inverto – переворачивание. Блок- схема инверторного источника питания показана на схеме.

Напряжение сети промышленной частоты образуется входным выпрямителем в постоянное порядка 500В. Это напряжение в сою очередь преобразуется с помощью инвертора в переменное повышенной частоты (20-100 кГц), которое затем поступает на понижающий высокочастотный трансформатор. К вторичной обмотке трансформатора подключен диодный выпрямитель, к которому через сглаживающий дроссель, подсоединен электрод.

Питание трансформатора напряжением высокой частоты, позволяет существенно снизить его размеры и вес. Так при частоте 10кГц по сравнению с частотой 50 Гц масса трансформатора и его габариты уменьшаются в 3 раза, а при частоте 50кГц уже в 15-17 раз.

Вторая стадия развития инверторной сварочной техники связана с появлением модульных биполярных транзисторов с изолированным затвором серии IGBT - транзисторы позволили повысить частоту работы сварочного трансформатора до 20кГц. При этом отношение сварочного тока к единице массы источника питания стало 8-10А/кг, что в 2 раза выше, чем тиристорных инвертеров.

С уменьшением массы, габаритов и с увеличением сварочных возможностей инверторных преобразователей расширились их области применения. На базе IGBT – транзисторов стали выпускаться небольшие «бытовые» источники для ручной дуговой сварки и аргонодуговой сварки, источники для импульсно-дуговой и механизированной сварки в защитных газах, плазменной резки.

Билет 3

  1. Сталь 09Г2С – относится к низкоуглеродистым низколегированным сталям. Обладает хорошей свариваемостью и повышенными механическими свойствами, что дает возможность использования в широком спектре строительных и машиностроительных конструкциях. Практически не имеет склонности к образованию холодных и горячих трещин. Не имеет склонности к хрупкому разрушению. Имеет механическую прочность на 30-40% выше, чем у нелегированных сталей и повышенную пластичность. Особенности техники сварки нет.

  2. Принимая в расчет габариты изделия и факт серийного производства, а так же сложную форму сварного шва, оптимальный способ сварки – это полуавтоматическая в среде защитного газа. Защитный газ СО2, сварочная проволока Св08Г2С.

  3. Требуемый катет сварного шва: N– разрывное усилие,Н (50∙103), τ – предельно допустимое напряжение, МПа (200)

Таким образом для выполнения условия прочности необходимо принять кольцевой катет шва К=4мм, что обеспечивает запас прочности. Обозначение шва ГОСТ 14771-76-Т1-∆4-ПУП

  1. Сварочный ток: Kп – коэффициент пропорциональности, для сварки в СО2 дляdэ=1,2 – (1,75)

Напряжение на дуге: U= 19 + 0,04Icd =19+0,04∙170 = 26В

Для сварки в СО2 требуется: постоянный ток и жесткая характеристика. Оптимальный вариант – это выпрямитель ВДУ-305 и полуавтомат ПДТ-306.

  1. 2 втулки одеваются на горизонтальные пальцы сборочного стенда и поджимаются уголком, который базируется по опорной поверхности стола. Приспособление представляет собой стол и 2 направляющие выставленные с межосевым расстоянием р-р 720мм, уголок поджимается горизонтальным прижимом.

  2. Резка трубы, резка уголка комбинированными ножницами, резка пластин на гильотине, сборка в приспособлении, последовательная сварка. Контроль швов – визуальный.

studfiles.net

Инверторные источники питания дуги

Обычные сварочные аппараты имеют значительные габариты и большой вес, что определяется размерами и весом трансформатора, работающего на низкой (50 Гц) частоте. Известно, что сечение магнитопровода трансформатора зависит от частоты. Чем больше частота, тем меньшее сечение магнитопровода требуется для передачи определенной мощности. Поэтом в настоящее время, в связи с развитием полупроводниковых технологий, появилась возможность значительно уменьшить сечение магнитопровода трансформатора, за счет увеличения частоты питания (инверсия частоты сети).

Принцип работы такого преобразователя (инвертора) заключается в следующем. Напряжение питающей сети 220 или 380 вольт с частотой 50 Гц выпрямляется диодным мостом 1. Этим напряжением питается высокочастотный генератор на транзисторах Т1, Т2 и конденсаторах С1, С2, работающий на частоте 30 – 50 КГц. Конденсаторы заражаются напряжением, снимаемым с выпрямителя 1 и поочередно разряжаются через транзисторы Т1и Т2 на первичную обмотку трансформатора Тр. Переключение транзисторов производится блоком управления 3. Со вторичной обмотки трансформатора высокочастотный ток напряжением 60 вольт подается на мощный выпрямитель 3, с него снимается постоянное напряжение, которое и поступает на сварочный пост. Схема инверторного преобразователя приведена на рисунке 19.

Термитная сварка

Термитная сварка осуществляется при помощи тепла, получаемого от сгорания порошкообразных термитных смесей (термитов) Смесь составляют из порошков металлов, обладающих большим сродством к кислороду, и порошка окиси железа. Термитная смесь воспламеняется при введении в нее специального запала. Внутри смеси возникают реакции, выделяющие большое количество тепла и развивающие очень высокую температуру, при которой расплавляется даже основной металл.

На практике получили распространение алюминиевый и магниевый термиты. Состав алюминиевого термита: 20 – 23 % алюминия и 77 – 80 % железной окалины. Температура, развиваемая при горении алюминиевого термита, достигает 2600 – 3 000 0С. На практике применяют три способа термитной сварки давлением, плавлением и комбинированный. При сварке давлением продукты термитной реакции используют как аккумулятор тепловой энергии. Нагретая термитная смесь придает свариваемым торцам изделия пластичность, что позволяет соединить их сжатием.

Сварку плавлением производят в особых огнеупорных формах, в которые устанавливают кромки свариваемых изделий. Образующийся при горении термита перегретый расплав сплавляет кромки изделий, создавая вблизи них ванну жидкого металла, покрытого слоем шлака. Шлак предохраняет металл от окисления и быстрого остывания, что обеспечивает хорошее качество сварного соединения.

Комбинированный способ применяют, как правило, при сварке рельсовых стыков. Количество термита выбирают так, чтобы нижняя часть формы была заполнена расплавленным металлом, а верхняя – расплавленным шлаком. После заливки формы рельсы сжимают. В результате нижняя часть сваривается плавлением, а верхняя – давлением.

studfiles.net

Инверторные источники питания

Одним из недостатков сварочных выпрямителей является их большая масса и габариты, что связано с необходимостью применения силового трансформатора, преобразующего сетевое напряжение промышленной частоты в напряжение, необходимое для сварочного процесса. Такое преобразование требует примерно 0,5÷2,0 .

Напряжение на любой обмотке трансформатора определяется по известной формуле

E = 4,44fBSW,

где f – частота питающей сети, Гц; B – магнитная индукция в сердечнике, Тл; S – сечение сердечника; W – количество витков обмотки.

Рассматривая эту формулу, можно сделать вывод, что, увеличив частоту напряжения, питающего трансформатор можно уменьшить сечение сердечника трансформатора и количество витков обмотки, а, следовательно, массогабаритные показатели всего трансформатора.

Современная полупроводниковая техника позволяет преобразовать частоту больших мощностей. На этой основе и строятся инверторные источники сварочного тока.

Блок-схема инверторного источника имеет вид (рис. 4.1):

Рис. 4.1. Блок-схема инверторного источника питания дуговой сварки.

1. Выпрямитель напряжения промышленной частоты 50 Гц;

2. Преобразователь выпрямленного напряжения в напряжение высокой частоты (1÷50 кГц);

3. Высокочастотный трансформатор;

4. Выпрямитель напряжения высокой частоты;

5. Фильтр;

6. Датчик обратной связи по напряжению;

7. Датчик обратной связи по току.

Транзисторный инвертор

Схема транзисторного инвертора показана на рис.4.2:

Рис. 4.2. Схема транзисторного инвертора.

На базу транзисторов VT1, VT2 попеременно с заданной частотой подается сигнал, который их отпирает (работают в ключевом режиме), поэтому в первичной обмотке трансформатора течет переменный ток, который трансформируется во вторичную цепь.

Регулирование режима сварки осуществляется изменением режима работы транзисторов. Как правило, это реализуется либо за счет изменения длительности управляющих импульсов, подаваемых на базы транзисторов, либо изменением их частоты.

В связи с тем, что на высокой частоте индуктивное сопротивление трансформатора велико:

где частота;

число витков вторичной обмотки;

коэффициент магнитной связи;

магнитное сопротивление магнитопровода.

Внешняя характеристика источника – падающая.

Внешние характеристики, поэтому формируются за счет отрицательной обратной связи:

1. По току – для падающих характеристик;

2. По напряжению – для жестких характеристик.

В инверторном выпрямителе энергия претерпевает, по крайней мере, 4 ступени преобразования. Несмотря на то, что его схема значительно сложнее, чем у обычных выпрямителей, он экономичен и имеет малую материалоемкость. Сердечник трансформатора имеет сечение в 10÷15 раз меньше, чем при Гц. Это дает возможность достичь удельной массы – 0,1 .

Выпрямитель может весить в 5÷8 раз меньше обычного на те же показатели. Выпрямитель ВДУИ-302 имеет размеры осциллографа С1-19. Кроме того, очень удобно, оказывается, вводить сигналы обратной связи и сигналы, задающие программируемое изменение режима.

Из-за отсутствия транзисторов на большие мощности, в настоящее время, приходится соединять их параллельно, что снижает надежность схемы и ухудшает массогабаритные показатели. Поэтому строят тиристорные схемы.

Тиристорные инверторы

Основная сложность тиристорных инверторов заключается в том, что тиристор невозможно выключить, снизив до нуля ток управления. Необходимо для этого снизить до нуля анодное напряжение. Это возможно, если последовательно с тиристором включить конденсатор, который, зарядившись, прекратит пропускать ток.

Общая схема тиристорного источника показана на рис. 4.3:

Рис. 4.3. Схема тиристорного инвертора.

Сетевое напряжение выпрямляется выпрямителем В1 и сглаживается фильтром L1-C1.

Тиристорный инвертор работает так:

При подаче управляющего сигнала на тиристор V7 он отпирается и в цепи V7-TP-L2-C3 появляется ток. После того, как конденсатор С3 зарядится, ток упадает до нуля и тиристор закроется, поэтому конденсатор называется коммутирующим. Затем управляющий сигнал поступает на тиристор V8 – он отпирается и ток течет по цепи С2-L2-TР-V8, т.е. в обратном направлении через трансформатор ТР.

Таким образом, через трансформатор ТP (первичную обмотку) течет переменный ток с частотой, определяемой параметрами колебательного контура L2-TP-C2 или L2-TP-C3:

Частота запускающих импульсов определяет уровень выходного сигнала и используется для плавной регулировки тока. Обычно частота меняется в пределах 1÷10кГц.

Ступенчатое регулирование возможно при изменении емкости коммутирующих конденсаторов С2, С3. При увеличении емкости возрастает зарядный ток и длительность заряда, что также увеличивает выпрямленное напряжение и ток сварки. Естественные внешние характеристики источника – вогнутые и падающие

По этой схеме построен тиристорный инвертор ВДУЧ-301. Его схема управления обеспечивает при ручной сварке форсирование тока короткого зажигания при начальном зажигании дуги и плавное снижение до безопасного напряжения при обрывах дуги.

При сварке в углекислом газе ток для уменьшения разбрызгивания меняется по алгоритму, предусматривающему задержку нарастания тока при начале короткого замыкания каплей, мощный импульс для своевременного разрушения жидкой перемычки и плавное снижение тока на заключительной стадии.

Таким образом, инверторный регулятор предоставляет богатые возможности для улучшения сварочных свойств выпрямителя.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru


Смотрите также