Источники переменного тока

Пост аргонно-дуговой сварки на переменном токе можно собрать по схеме рис. 6.3 из сварочного трансформатора с механическим регулирующим устройством типа ТДМ или СТШ, возбудителя-стабилизатора ВСД-01 или БП-80 и конденсаторной батареи для подавления постоянной составляющей тока. При сварке на малых токах, если допустимо контактное зажигание дуги, используют трансформаторы ТДК-315 или «Разряд», укомплектованные импульсными стабилизаторами дуги на 50 или 100 Гц. Однако более эффективны специализированные источники.

Подробно рассмотрим конструкцию специализированной установки УДГ-501-1 (рис. 6.17). В состав установки входят автоматический выключатель QF пускатель К1, силовой трансформатор Т с переключателем S, диодно-тиристорное устройство VD, VS, блок поджига G с фильтром L, С1, а также не показанные на схеме вентилятор, газовый клапан и система управления. Силовой трансформатор Т с подмагничиваемым шунтом имеет крутопадающую характеристику.

а) б)

Рис. 6.17. Упрощенная схема (а) и осциллограмма (б) установки УДГ-501-1 УХЛ4

Для ступенчатого регулирования тока используют переключатель S, в положении II он обеспечивает параллельное соединение катушек первичной и вторичной обмоток, при котором ток в 3–4 раза выше, чем при последовательном соединении, получаемом в положении I. Плавное регулирование тока осуществляется с помощью обмотки шунта, которая получает питание от блока А через резистор R2 «Ток». Заварка кратера обеспечивается плавным снижением тока обмотки шунта при разряде конденсатора С2 на переменный резистор R3 «Время заварки».

Диодно-тиристорное устройство VD, VS предназначено для компенсации постоянной составляющей тока. В полупериоде обратной полярности ток беспрепятственно пропускается диодом VD (рис. 6.17, б). Ток через тиристор VS в полупериоде прямой полярности включается с задержкой на угол α, чем и достигается его уменьшение. Чтобы не снизилась устойчивость дуги, небольшой ток прямой полярности в интервале α пропускается балластным реостатом R1.

Начальное зажигание дуги выполняется с помощью блока G, работающего в режиме осциллятора. Высокочастотное напряжение до 15 кВ с частотой следования 50 Гц подается непосредственно на межэлектродный промежуток. Для защиты основного источника от этого напряжения используется фильтр L, С1. После зажигания дуги блок автоматически переходит к работе в режиме импульсного стабилизатора. Пиковые импульсы напряжения с амплитудой до 500 В подаются от блока G через дроссель L на дугу, вызывая импульс тока до 80 А в начале каждого полупериода обратной полярности (см. рис. 6.17, б). Система управления обеспечивает следующую циклограмму процесса: подача аргона перед сваркой в течение 1–5 с – работа осциллятора не более 0,9 с – пауза 10 с при невозбуждении дуги – повторное включение осциллятора – сварка – заварка кратера в течение 5–40 с – повторное включение осциллятора при случайных обрывах дуги – защита шва аргоном после сварки в течение 5–30 с.

Источник питания ИСВУ-315-1 предназначен для механизированной и ручной сварки неплавящимся вольфрамовым электродом непрерывной и импульсной дугой в аргоне алюминиевых сплавов.

Конструкция выпрямителя является продолжением разработок специализированных источников типа ВСВУ с унифицированными блоками 70-х годов. В источнике ИСВУ-315 использованы те же схемные решения управления тиристорами, имеется водоохлаждаемый измерительный элемент, и релейный блок управления циклом. Силовая схема ИСВУ-315 представляет собой однофазный управляемый тиристорный выпрямитель, в котором сварочная дуга включена на стороне переменного тока.

Упрощенная принципиальная схема источника питания показана на рис. 6.18.

К однофазному сварочному трансформатору с жесткой внешней характеристикой Т через сварочную дугу подключен управляемый тиристорный выпрямитель VS1 ...VS4, в нагрузку которому включен дроссель L последовательно с измерительным элементом RS2. Измерительный элемент представляет собой водоохлаждаемую трубку из нержавеющий стали, являющуюся шунтом с постоянным сопротивлением с падением напряжения на нем при сварочных токах до нескольких вольт. Таким образом, получается достаточный сигнал обратной связи по току без предварительного усиления, что упрощает электронную схему блока управления, т.к. она собрана на полупроводниковых элементах без применения интегральных схем.

Для зажигания дуги источник снабжается осциллятором А типа ОСППЗ‑300М-1 или подобным последовательного включения. Для стабильного зажигания дуги при смене полярности источник имеет стабилизатор Ст, конструкция которого рассмотрена ранее. Стабилизатор обеспечивает импульсы при смене полярности на обратную длительностью 1–2 мс с амплитудой не менее 600 В. Источник снабжен амперметром на стороне постоянного тока, который должен быть отключен выключателем S2 в случае импульсного режима. Электронный блок управления включает блок задания режима и регулирования БЗР (блок регулирования), блок формирования импульсов БФИ (формирователь импульсов), блок управления цикла БУЦ (релейный блок), генератор импульсов ГИ (триггерный блок) и блок коммутирующей аппаратуры и питания БКП.

Рис. 6.18. Упрощенная принципиальная схема источника питания ИСВУ-315-1

БЗР управляет сварочным током, осуществляя плавное его нарастание при возбуждении дуги и плавный спад при заварке кратера, стабилизацию тока при колебаниях напряжения сети, формирование внешней характеристики. В этот блок подаются сигналы обратной связи по току и напряжению сети. Наличие обратной связи по сварочному току обеспечивает компенсацию постоянной составляющей, возникающей при сварке алюминиевых сплавов. Схема блока регулирования реализована с помощью различных электронных устройств на 11 транзисторах и управляет формирователем импульсов.

Формирователь импульсов создает импульсы управления силовыми тиристорами по вертикальному принципу. Напряжение управления, представляющее собой сумму напряжений обратной связи и напряжения задания, подается на блок формирования и сравнивается с пилообразным напряжением, синхронизированным с сетью. При равенстве напряжений формируется управляющий импульс, который через развязывающие импульсные трансформаторы подается на ту пару тиристоров, к которым в этом полупериоде приложено прямое напряжение.

Триггерный блок служит для формирования импульсов сварочного тока с регулируемой длительностью и паузой. В блоке применена схема триггера на тиристорах, которая формирует прямоугольные импульсы напряжения, изменяемые по длительности и частоте (скважности). Импульсы подаются в блок регулирования и используются для управления в импульсном режиме. Кроме этого из блока имеется выход, к которому можно подключать устройство импульсной подачи сварочной проволоки сварочного трактора или головки при механизированной сварке. Таким образом, скорость подачи присадочной проволоки будет изменяться синхронно с изменением тока, что улучшает формирование шва.

Блок релейный служит для управления процессом пуска и окончания сварочного процесса. Схема блока реализована на герметизированных электромагнитных реле. Кроме этого в блоке находится система отключения источника при нарушениях в системе водяного охлаждения измерительного элемента и силовых тиристоров, завинченных в водоохлаждаемые радиаторы. Для этого на измерительном элементе находится терморезистор, который включен в мостовую измерительную схему, управляющую включением реле защиты от перегрева. При повышении температуры реле срабатывает, отключая источник и включая сигнальную лампу «охлаждение» на панели блока. Для охлаждения электронных элементов схемы в источнике имеется вентилятор.

Включение и выключение источника производится с пульта управления, на котором кроме кнопок «пуск» и «стоп» находятся кнопки «аварийное отключение», «проверка осциллятора» и «ток дежурной дуги», с помощью которых может быть установлен дежурный ток по амперметру перед началом импульсной сварки. Предусмотрено также включение источника кнопкой на сварочной горелке или сварочном автомате. Выбор способа включения производится выключателем на лицевой панели релейного блока. Для соответствующих соединений на боковой поверхности источника находятся штепсельные разъемы с надписями.

Все регулировки и органы управления режимом сварки находятся на лицевых панелях блоков за прозрачной откидывающейся крышкой.

Другие разновидности источников ИСВУ отличаются мощностью сварочного трансформатора. Например, ИСВУ-630 рассчитан на номинальный ток 630 А, но в схеме управления отличий не имеет.

Установка УДС-251 предназначена как для аргонно-дуговой сварки, так и ручной дуговой сварки плавящимся электродом на переменном токе. Кроме понижающего трансформатора с увеличенным рассеянием, она имеет тиристорный блок для регулирования тока и подавления его постоянной составляющей. С помощью тиристорного блока осуществляется также «холодный пуск», т.е. зажигание дуги коротким замыканием при пониженном токе. В составе установки имеется импульсный стабилизатор горения дуги. Установка УДГ-180 представляет собой трансформатор с подвижным магнитным шунтом, а установка УДГ-121 –тиристорный трансформатор, последняя может укомплектовываться возбудителем-стабилизатором ВСД-121.