Инверторы
В последнее десятилетие все большее распространение получают так называемые инверторные сварочные выпрямители. Такие выпрямители экономичны (их cosφ близок к 1, КПД – не ниже 0,7), отличаются очень малыми габаритными размерами и массой. Несмотря на то, что они характеризуются чрезмерно сложным устройством и, следовательно, низкой надежностью и ограниченной ремонтопригодностью, повышенным шумом, относительно высокой стоимостью, такие выпрямители находят все большее применение в тех случаях, где особое значение имеют малые масса и габариты сварочного источника: при сварке на монтаже, в быту, на ремонтных работах и т.п. В настоящее время инверторные сварочные выпрямители относятся к наиболее перспективным и интенсивно развивающимся сварочным источникам питания.
Основным отличием инверторных источников питания от традиционных сварочных выпрямителей является наличие в его конструкции специальных устройств – инверторов (рис. 4.19).
а)
б)
Рис. 4.19. Блок-схемы: а – инвертора; б – конвертора; И – инвертор; Тр – трансформатор; V – выпрямитель; L-С – фильтр
Инверторы – это устройства, которые преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока с заданной формой импульсов, частотой, амплитудой и выходным напряжением (рис. 4.19, а). На практике в сварочных источниках питания наиболее часто применяются однофазные инверторы. Частота переменного тока инвертора f = 1/Т, где Т – длительность его периода, ограничивается динамическими характеристиками применяемых электронных элементов. Она задается устройством (блоком) управления и устанавливается обычно 1...60 кГц. Поскольку частота на выходе инвертора не зависит от частоты питающей сети, то такой инвертор называют автономным.
Конверторы – устройства, которые понижают или повышают постоянное напряжение с применением с промежуточного высокочастотного звена (рис. 4.19, б). Для этого инвертор И конструктивно объединяют с трансформатором Тр, выпрямительным блоком V и фильтром L–С. У конвертора на выходе, как и на входе, постоянное напряжение, но величина его меньше.
Иногда на входе инвертора устанавливают накопительный конденсатор (или их батарею) С1. В этом случае напряжение на выходе инвертора имеет прямоугольную форму (см. рис. 4.19, а). Такую конструкцию преобразователя называют автономным инвертором напряжения.
В некоторых случаях на входе инвертора устанавливают мощный дроссель, а обмотку трансформатора шунтируют конденсатором. В этом случае сглажен будет уже ток. Такой преобразователь называют автономным инвертором тока.
Возможен и такой вариант, когда конструкция инвертора содержит соединенные последовательно индуктивность и емкость, которые образуют колебательный контур с синусоидальным током. Такую конструкцию преобразователя называют автономным резонансным инвертором.
Изменения полярности, необходимые для преобразования в инверторе напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока, осуществляются электронными коммутационными элементами. Наиболее часто для этого используются тиристоры. Тиристор может работать в качестве электронного ключа только в том случае, если обеспечено его включение и выключение в моменты времени начала и окончания импульсов, определяемые обусловленной частотой.
Обеспечение надежного выключения тиристора для прекращения каждого импульса представляет основную трудность при конструировании тиристорных инверторов, поскольку в них применяют в основном однооперационные тиристоры. Как известно, однооперационный тиристор, установленный в цепи постоянного тока, невозможно выключить снятием сигнала управления. Для его выключения анодный ток необходимо не только снизить до нуля, но и после этого некоторое время поддерживать обратное напряжение для восстановления запирающих свойств тиристора. Это можно сделать, если энергию, необходимую для выключения тиристоров, запасать в конденсаторах, которые следует включать параллельно или последовательно с тиристором. Конденсаторы, разрядом или зарядом которых прекращается ток в анодной цепи тиристоров, называют коммутирующими. В зависимости от того, как включены коммутирующие конденсаторы (параллельно или последовательно с тиристором), инверторы разделяют на параллельный и последовательный типы.
Известно очень много схем автономных инверторов с тиристорами. Ниже будут рассмотрены только примеры наиболее общих, типичных схем инверторов, часто встречающихся в эксплуатации.