1.3 Зварювальні випрямлячі
Зварювальний випрямляч – це статичний перетворювач змінного струму на постійний, призначений для живлення зварювальної установки.
Широке застосування знаходять різні типи однопостових і багатопостових випрямлячів практично для будь-яких видів дугового зварювання. Зварювальні випрямлячі випускаються на самі різні струми – від одиниць до тисяч амперів. Однопостові випрямлячі за формою зовнішніх характеристик і відповідно видові зварювання умовно можна поділити на наступні групи:
з спадними зовнішніми характеристиками (СЗХ) для ручного зварювання плавким і неплавким електродами і зварювання під флюсом;
с жорсткими (ЖЗХ) і похилоспадними (ПСЗХ) зовнішніми характеристиками для напівавтоматичного й автоматичного зварювання в середовищі захисних газів плавким електродом і зварювання під флюсом;
с універсальними зовнішніми характеристиками (СЗХ, ПСЗХ, ЖЗХ).
Багатопостові зварювальні випрямлячі призначені для одночасного живлення декількох зварювальних постів через баластові реостати або інші регулятори.
Багатопостові випрямлячі мають жорсткі зовнішні характеристики.
Зварювальний випрямляч складається з наступних основних вузлів: силового трансформатора, випрямного блоку і регулюючого пристрою. Часто до комплекту випрямляча входить дросель, що включається в ланцюг постійного струму. В окремих моделях випрямлячів мається регульований дросель (дросель насичення), що включається в ланцюзі змінного струму.
Структурна схема силової частини зварювального випрямляча наведена на рисунку 1.10.
Трансформатор Т може бути однофазним або трифазним. Однофазні трансформатори використовуються у випрямлячах невеликої потужності (на струми до 100…150А) промислово-побутового призначення. Більшість випрямлячів виробничих призначень виконується з живленням від трифазної мережі. Випрямний блок V при цьому виконується по одній з багатофазних схем випрямлення. Багатофазне випрямлення забезпечує рівномірне завантаження живильної мережі, краще використання вентилів і активних матеріалів трансформатора і дроселів, а також меншу пульсацію вихідної напруги і струму.
Рисунок 1.10 – Структурна схема випрямляча
Дросель у ланцюзі постійного струму L2 встановлюється у випрямлячах з похилоспадною або жорсткою зовнішньою характеристикою, призначених для механізованого зварювання плавким електродом, в універсальних випрямлячах, а також в однофазних випрямлячах. Дросель L2 забезпечує деяке згладжування пульсацій випрямленого струму і надання випрямлячу необхідних динамічних властивостей (забезпечує оптимальну швидкість наростання струму при коротких замиканнях дугового проміжку і мінімальне розбризкування електродного металу).
Формування необхідних зовнішніх характеристик і їхнє регулювання може забезпечуватися трансформатором або випрямним блоком. У першому варіанті випрямний блок виконується на некерованих вентилях (напівпровідникових діодах), а трансформатор виконується регульованим (з рухомими обмотками, рухомими і нерухомими магнітними шунтами, зі зміною кількості витків обмоток й ін.). У другому варіанті трансформатор виконується нерегульованим або має дві, три ступені грубого регулювання і звичайно виконується з нормальним розсіянням і має жорсткі (природні похилоспадні) зовнішні характеристики. Випрямний блок при цьому виконується на керованих вентилях (тиристорах). Формування і регулювання зовнішніх характеристик забезпечується шляхом керування кутом включення тиристорів (фазове регулювання). При цьому блок управління кутом включення тиристорів будується як замкнена система автоматичного керування з використанням зворотних зв’язків за струмом і напругою.
У деяких моделях випрямлячів ( ВДГ-303, ВДГ-401) для формування і регулювання зовнішніх характеристик використовується регульований дросель L1 (дросель насичення), що включається між вторинними обмотками силового трансформатора і діодами випрямного блоку.
Окрему категорію складають випрямлячі з високочастотним перетворювачем – інвертором. Структурна схема інверторного джерела живлення наведена на рисунку 1.11.
БК
Рисунок 1.11 - Структурна схема інверторного джерела живлення
Випрямляч VI перетворює змінну напругу мережі живлення в постійну UВ. У джерелі живлення промислового призначення V1 звичайно трифазний. У джерелах живлення на малі струми (до 100…150А) іноді застосовують однофазний випрямляч. Для забезпечення стабільності роботи джерела випрямляч звичайно містить фільтр, що згладжує, (LC-фільтр). Інвертор И перетворює постійну напругу на змінну підвищеної частоти, що потім надходить до високочастотного трансформатора Т, який знижує напругу до значення необхідного для зварювання. Вторинна обмотка трансформатора навантажена на випрямляч V2, до виходу якого через дросель, що згладжує, підключені електрод і виріб.
Основними елементами інверторного джерела живлення (ІДЖ) є інвертор і блок керування БК.
Інвертор складається з комутаційних елементів, що включені між джерелом постійної напруги (V1) і навантаженням (Т). Комутація в силовому контурі інвертора здійснюється циклічно і таким чином, що до навантаження прикладається знакозмінна напруга. Комутація струму здійснюється за допомогою напівпровідникових приладів, що працюють по черзі в закритому або відкритому стані за заданим алгоритмом.
Блок БК виробляє сигнали для періодичного відкривання і запирання ключів інвертора із заданою частотою. Регулювання вихідної напруги ІДЖ здійснюється зміною тривалості імпульсів інвертованої напруги або зміною їхньої частоти. Для формування необхідних зовнішніх характеристик уводять зворотні зв'язки за струмом зварювання ЗЗС і за напругою дуги ЗЗН.
Деякі фірми виробляють також зварювальні конвертори, які не мають мережевого випрямляча V1, а в якості вхідної напруги інвертора використовують вихідну напругу багатопостового зварювального випрямляча.
У зварювальних джерелах живлення застосовуються тиристорні і транзисторні інвертори.
Тиристорні інвертори забезпечують одержання змінного струму частотою до 10…15 кГц, тобто в області високих звукових частот і видають досить інтенсивний неприємний звук. Транзисторні – до 200 кГц і більше в області ультразвукових частот.
Інверторні випрямлячі, порівняно з традиційними трансформаторними, мають, при однаковій потужності, значно менші масу і габарити (завдяки високій частоті зменшується перетин магнітопроводу і кількість витків обмоток трансформатора і згладжувального дроселя). Завдяки високій частоті інвертування з’являється можливість здійснення більш швидкодіючого керування параметрами процесу зварювання й отримання значно кращих зварювально-технологічних властивостей випрямляча.
Інверторні джерела живлення звичайно виконуються багатофункціональними або універсальними.