БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Приборостроительный факультет
Кафедра ''Информационно-измерительная техника и технологии"
Отчёт по преддипломной практике
Исполнитель: студент группы 31303112
Гвоздь Е.А.
Консультант: Тилюпо И.С.
Руководитель: Жарин А.Л.
Минск 2016
Содержание
Введение |
4 |
1 Описание существующих конструкторских решений |
5 |
2 Техническая характеристика разрабатываемой конструкции |
15 |
3 Описание схемы электрической структурной |
16 |
4 Описание схемы электрической принципиальной |
18 |
5 Описание конструкции сварочного аппарата инверторного |
21 |
Заключение |
23 |
Список использованных источников |
24 |
Приложение 1. Техническое задание |
|
Введение
В конце XIX века на основе достижений в области физики, химии, механики и электротехники в сварке произошел своеобразный взрыв. Это связано с созданием мощных электрических источников нагрева и освоением газокислородного пламени.
Успехи в области автоматизации сварочных процессов позволили коренным образом изменить технологию изготовления важных хозяйственных объектов.
В настоящее время не существует такой промышленной отрасли, в которой не применялась бы сварка.
Можно с уверенностью утверждать, что и в дальнейшем сварка будет оставаться одним из ведущих технологических процессов в промышленном производстве и в строительстве. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Сварке подвергаются практически любые металлы и неметаллы в любых условиях - на земле, в морских глубинах и в космосе. Толщина листов свариваемых деталей колеблется от единиц микрон до десятков и сотен сантиметров, масса сварных конструкций - от долей грамма до сотен и тысяч тонн. Зачастую сварка является единственно возможным или наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения заготовок, максимально приближенных к оптимальной форме готовой детали или конструкции.
Существует множество моделей сварочных аппаратов и каждый из них предназначен для определённого вида сварки металла.
Инверторные сварочные аппараты - это последнее слово техники в сварочном производстве. Инвертор является блоком питания и генератором сварочного тока и имеет габариты в десять раз меньше габаритов выпрямителей и трансформаторов с теми же характеристиками, а главное, инверторный аппарат имеет коэффициент полезного действия около 90%.
Впервые инвертор появился в семидесятых годах прошлого столетия, поэтому новым его назвать нельзя, хотя почти за пятьдесят лет своего существования он много раз усовершенствовался, приобрел электронную начинку, стал на порядок дешевле и в несколько раз надежнее. /1/
1 Описание существующих конструкторских решений
Существуют следующие основные типы сварочных аппаратов:
трансформаторы;
выпрямители;
инверторы.
Ещё выделяют:
полуавтоматы;
генераторы - сварочные аппараты с бензиновым или дизельным электрогенератором;
и прочие промышленные аппараты.
Слово "инвертор" в своем исходном значении означает устройство для преобразования постоянного тока в переменный. На рисунке ниже приведена упрощенная схема сварочного аппарата инверторного типа.
Рисунок
1 - Блок-схема сварочного инвертора: 1 -
сетевой выпрямитель, 2 - сетевой фильтр,
3 - преобразователь частоты (инвертор),
4 - трансформатор, 5 -
высокочастотный выпрямитель, 6 - блок управления.
Работа сварочного инвертора происходит следующим образом. Переменный ток частотой 50 Гц поступает на сетевой выпрямитель 1. Выпрямленный ток сглаживается фильтром 2 и преобразуется (инвертируется) модулем 3 в переменный ток с частотой в несколько десятков кГц. В настоящее время достигаются частоты в 100 кГц. Именно этот этап является самым важным в работе сварочного инвертора, позволяющим добиться огромных преимуществ по сравнению с другими типами сварочных аппаратов. Далее с помощью трансформатора 4 высокочастотное переменное напряжение понижается до значений холостого хода (50-60В), а токи повышаются до величин, необходимых для осуществления сварки (100-200А). Высокочастотный выпрямитель 5 выпрямляет переменный ток, который совершает свою полезную работу в сварочной дуге. Воздействуя на параметры преобразователя частоты, регулируют режим и формируют внешние характеристики источника.
Процессы перехода тока из одного состояния в другое контролируются блоком управления 6. В современных аппаратах эта работа выполняется транзисторными модулями IGBT, являющимися самыми дорогими элементами сварочного инвертора.
Система управления с помощью обратных связей формирует идеальные выходные характеристики для любого способа электросварки. Благодаря высокой частоте, вес и размеры трансформатора снижаются в разы.
По своей функциональности выпускаются инверторы следующих типов:
для ручной дуговой сварки (ММА);
для аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом (TIG);
для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (MIG/MAG);
универсальные аппараты для работы в режимах ММА и TIG;
полуавтоматы для работы в режимах ММА и MIG/MAG;
аппараты для воздушно-плазменной резки.
Рисунок
2 - Устройство сварочного инвертора
Как видно, значительную часть объема занимают радиаторы системы охлаждения.
Достоинства инверторов. Достоинства сварочных инверторов велики и многочисленны. Прежде всего, впечатляет их малый вес (4-10 кг) и небольшие размеры, позволяющие легко перемещать аппарат от одного места сварки к другому. Это достоинство обусловлено меньшим размером трансформатора благодаря большой частоте преобразуемого им напряжения.
Инвертор способен воспроизводить практически все виды внешних вольт-амперных характеристик. Это означает, что с его помощью можно выполнять все основные виды сварок - MMA, TIG, MIG/MAG.
Аппарат не требует частых и длительных охлаждений при интенсивной работе, как этого требуют другие бытовые типы сварочных аппаратов. Его ПВ достигает 80%.
Инвертор обладает плавной регулировкой сварочных режимов в широком диапазоне токов и напряжений. Он имеет значительно более широкий, чем у обычных аппаратов, интервал регулировки сварочного тока - от нескольких ампер до сотен и даже тысяч. Для бытового пользования особенно важны малые токи, позволяющие производить сварку тонкими (1,6-2 мм) электродами. Инверторы обеспечивают качественное формирование шва в любых пространственных положениях и минимальное разбрызгивание при сварке.
Микропроцессорное управление устройством обеспечивает устойчивую обратную связь по току и напряжению. Это позволяет обеспечить полезнейшие и удобнейшие функции Arc Force, Anti Stick и Hot Start. Суть всех их состоит в качественно новом управлении сварочным током, позволяющим сделать сварку максимально комфортной для сварщика.
Инверторные сварочные аппараты можно применять при больших падениях напряжения сети. Большинство из них обеспечивают сварку в диапазоне сетевого напряжения 160-250В.
Недостатки сварочных инверторов. Трудно говорить о недостатках такого совершенного устройства, каким является сварочный инвертор и, тем не менее, они есть. Прежде всего, это относительно высокая цена аппарата и дороговизна его ремонта. При выходе из строя модуля IGBT придется заплатить сумму, равную 1/3 - 1/2 стоимости нового аппарата.
Инвертор предъявляет повышенные требования, по сравнению с другими сварочными аппаратами, к условиям хранения и эксплуатации, обусловленные его электронной начинкой. Аппарат плохо реагирует на пыль, поскольку она ухудшает условия охлаждения транзисторов, которые сильно греются в процессе работы. Их охлаждают с помощью алюминиевых радиаторов, осаждение пыли на которые ухудшает отдачу тепла.
Не любит электроника и низких температур. Любая минусовая температура нежелательна из-за появления конденсата на платах, а минус 15°С могут стать критическими. Хранение и работа инвертора в неотапливаемых гаражах и мастерских в зимнее время нежелательны. /2/,/3/,/4/
Рисунок 3 – Конструкция простейшего сварочного полуавтомата
Сварочные аппараты бывают постоянного и переменного тока. Последние используются для того, чтобы сваривать на небольших токах заготовки из металла небольшой толщины. Дуга сварки на постоянном токе является более устойчивой, при этом возможно производить сварку на прямой и обратной полярности. В данном случае можно использовать электродную проволоку без обмазки или электроды. Чтобы придать стойкости горения дуги, на небольших токах рекомендуется делать завышенное напряжение холостого хода обмотки сварки.
Чтобы выпрямлять переменный ток, следует использовать обыкновенные мостиковые выпрямители на крупных полупроводниках с охладительными радиаторами. Для того чтобы сглаживать пульсации напряжения, один из выводов нужно подсоединить к держателю электродов через специальный дроссель, который являет собой катушку из нескольких десятков витков шины из меди сечением 35 мм. Подобная шина может наматываться на любой сердечник, лучше всего использовать сердечник от магнитного пускателя.
Рисунок 4 – Схема электрическая принципиальная блока питания аппарата
Чтобы выпрямлять и плавно регулировать сварочный ток, следует использовать более сложные схемы с применением крупных тиристоров для управления.
Рисунок 5 – Сварочный трансформатор на базе ЛАТР2
Для ступенчатого перекрытия спектра токов сварки необходима коммутация как первичных обмоток, так и вторичных. Для плавной конфигурации тока в рамках выбранного спектра следует употреблять механические свойства перемещения обмоток. Если удалять обмотку сварки по отношению к сетевой, будут увеличиваться магнитные потоки рассеивания. Следует понимать, что это может привести к снижению сварочного тока. В процессе изготовления самодельной конструкции для сварки не нужно стремиться к полному перекрытию спектра токов сварки.
Схема аппарата для сварки из автотрансформатора представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Схема инверторного сварочного аппарата на автотрансформаторе
Сварочное устройство работает от электросети 220 В. Конструкция обладает отличными электротехническими показателями. Благодаря использованию новой формы магнитного провода вес приспособления составляет порядка 9 кг при размерах 150х125 мм. Это достигается применением ленточного железа, которое сворачивается в рулон в форме тора. В большинстве случаев используется стандартный пакет пластинок Ш-образной формы. Электротехнические показатели трансформаторной конструкции на магнитном проводе приблизительно в 5 раз выше, чем у подобных пластинок. Электропотери будут минимальными.
Элементы, которые будут нужны для того, чтобы изготовить сварочный аппарат: магнитный провод; автотрансформатор; электрокартон или лаковая ткань; провода; деревянная рейка; изоляционный материал; трансформатор; кабель; кожух; выключатель. /3/
Схема инвертора представлена на рисунке 7. Аппарат потребляет ток 30-32 А, работая от сети 220 В. При сварке сила тока будет достигать уровня 250 А. Данное значение является достаточным, чтобы можно было применять штучный электрод до 5 мм. Производимая длина дуги будет составлять при этом 1 см. Уровень коэффициента полезного действия аппарата по сравнению со значением КПД промышленных образцов не должен быть меньше 95%.
В блок инвертора входят следующие элементы:
Блоки питания под силовую и слаботочную часть.
Блок термозащиты.
Элементы индикации и управления.
Схема инвертора предполагает наличие ШИМ-контроллера с трансформатором тока, датчиком тока нагрузки и блоком. В схеме управления охлаждающими вентиляторами можно отметить наличие температурных датчиков, вентиляторов и блока.
Рисунок 7 – Схема инвертора
Рисунок 8 – Схема источника питания инверторного сварочного аппарата
Среди важных элементов, относящихся к принципиальной схеме инвертора, можно выделить блок термоконтроля, позволяющий обеспечить защиту силового элемента, являющегося ключевым, от возможного перегрева. Данная функция блока термоконтроля распространяется и на устройство силового трансформатора.
Вентиляторы прибора должны действовать под управлением блока, отвечающего за контроль температуры за счет схемы. Блок термоконтроллера функционирует на основе схемы ООС (отрицательной обратной связи) относительно напряжения и нагрузки.
В схему входит температурный датчик с установленным уровнем температуры, который должен достигать только 75°, а после этого срабатывает система зашиты устройства. Устройство датчика устанавливается на силовой трансформатор. Контролирующая функция над температурой радиатора охлаждения, который относится к силовому транзистору, принадлежит интегральному датчику. /4/
На рисунке 9 представлена схема электрическая принципиальная исследуемого сварочного аппарата инверторного.
Рисунок 9 – Схема электрическая принципиальная сварочного аппарата инверторного