Универсальные по роду тока источники

Желательно, чтобы один источник годился для сварки алюминиевых сплавов на переменном токе и остальных металлов на постоянном. Такой источник называют универсальным по роду тока.

Так, источники питания типа ТИР (ТИР-250УЗ, ТИР-315, ТИР-630, УДЧ-161, УДЧУ-161, УДЧУ-251 и др.) предназначены для ручной и механизированной сварки неплавящимся электродом в среде аргона на постоянном и переменном токах, а также ручной сварки покрытыми электродами. Источник ТИР-315, в отличие от других типов, может работать как в стационарном режиме, так и импульсном. В остальном схемы управления источников не имеют существенных различий. При ручной дуговой сварке покрытыми электродами осциллятор, входящий в схему управления источником, должен быть отключен. В источниках типа ТИР реализован так называемый феррито-тиристорный метод управления. Источник не имеет внешних (созданных с помощью схем) обратных связей. Обратные связи при использовании процессов намагничивания сердечников являются внутренними, т.е. обусловлены протеканием электромагнитных процессов в элементах схемы. Такие устройства называют устройствами параметрического типа.

Источник питания может использоваться как на переменном, так и на постоянном токах. Переключение производится специальным рубильником.

Упрощенная схема источника ТИР-315 показана на рис. 6.19. Силовой трансформатор Т1 имеет жесткую характеристику. На выходе тиристорного выпрямителя VS1...VS4 включен линейный дроссель L3. В зависимости от рода тока, на котором производится сварка, сварочная дуга подключается на стороне переменного или постоянного тока рубильником S2.

Изменение угла управления тиристорами осуществляется с помощью дросселей насыщения L1 и L2, работающих в режиме вынужденного намагничивания и имеющих по четыре обмотки. Включение тиристоров производится анодным напряжением. При насыщении сопротивление обмоток L1.1 и L1.2 или L2.1 и L2.2 резко снижается, ток через них становится достаточным для открывания тиристора. RC- цепи защищают тиристоры от бросков напряжения, опасных для полупроводникового перехода (перенапряжений), стабилитроны VD1, VD3, VD5, VD7 ограничивают ток управления. Сварочный ток дополнительно регулируется ступенчато переключателем S1. Оба рубильника S1 и S2 во всех источниках типа ТИР находятся в специальной нише, которая закрывается откидной дверкой. Здесь же находится разрядник осциллятора. Охлаждение тиристоров обеспечивается вентилятором.

Блок управления (БУ) содержит электронную схему изменения тока управления в обмотках дросселей насыщения L1.4 и L2.4, осциллятор последовательного включения и стабилизатор, подобный стабилизатору источника ИСВУ. Стабилизатор обеспечивает импульс напряжением не менее 380 B при смене полярности с прямой на обратную.

В источнике ТИР-315 для обеспечения импульсного режима имеется генератор импульсов (ГИ), представляющий собой LC – автогенератор с трансформаторной связью. Такое схемное решение обеспечивает равенство длительностей импульса и паузы, определяемых величиной емкости подключаемых конденсаторов. Длительность, таким образом, не связана с периодом переменного напряжения сети.

Блок цикла БЦ содержит реле тока, реле напряжения дуги, а также реле и магнитные пускатели, обеспечивающие последовательность цикла сварки. В источнике ТИР-630 сварочный трансформатор включается через симистор, а в качестве реле тока используется магнитоуправляемый контакт, расположенный в районе действия магнитного поля линейного дросселя.

Рис. 6.19. Упрощенная принципиальная схема источника питания ТИР-315

Включение и выключение источника производится кнопками выносного пульта или пульта с педалью.

Регулирование тока с помощью дросселей насыщения обеспечивает стабильность установленного тока сварки в пределах ±5 %. Временные интервалы гашения дуги осуществляются изменением величины емкостей, подключаемых в схему регулирования тока управления дросселей. Начальное нарастание тока происходит параметрически при постепенном намагничивании сердечников дросселей после включения в течение 20 периодов и не регулируется.

В источниках ТИР-250 и ТИР-630 имеется схема защиты от перегрева силовых тиристоров, которая отключает источник и включает сигнальную лампу «перегрев». Источники питания типа ТИР имеют относительно простую и надежную схему управления, но низкий коэффициент мощности и невысокие массогабаритные показатели.

Установки УДГУ имеют более простую конструкцию и лучшие весогабаритные показатели в сравнении с источниками типа ТИР и ИСВУ. Универсальная установка УДГУ-301 предназначена для ручной аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом на постоянном токе титановых, медно-никелевых сплавов, нержавеющих сталей или на переменном токе нержавеющих сталей, а также алюминия и его сплавов с компенсацией постоянной составляющей. Переключение рода тока производится пересоединением сварочного кабеля на другой разъем, а также подключением соответствующих элементов блока управления переключателем режима работы. Установка разнесена на два корпуса: источник питания и блок поджигания. В блоке поджигания находятся возбудитель-стабилизатор и часть блока управления, а также газовая аппаратура и арматура для охлаждающей сварочную горелку воды.

Упрощенная принципиальная схема установки УДГУ-301 показана на рис. 6.20.

Сварочный трансформатор Т1 имеет магнитный шунт, на магнитопроводе которого расположены две вторичные обмотки, увеличивающие крутизну внешней характеристики при сварке на ступени малых токов. Переключение ступеней производится переключателем S1 (рис. 6.20). В положении «315 А» соединены клеммы 1–2 переключателя. Таким образом, подключены дополнительная вторичная обмотка, находящаяся рядом с первичной, и часть основной. В этом случае ток короткого замыкания максимально возможный. В положении S1 «100 А» соединены клеммы 5–6 – подключены обе основные вторичные обмотки, находящиеся по другую сторону шунта от первичной, и ток короткого замыкания в три раза меньше. В положении «25 А» соединены клеммы 9–10 и к предыдущему соединению последовательно подключается еще и обмотка, расположенная на магнитопроводе шунта. В последнем случае ток короткого замыкания минимальный. Внутри ступеней сварочный ток регулируется током обмотки управления магнитного шунта. Для этих целей предназначен выпрямитель на тиристорах VS1 и VS2, напряжение на который подается с первичной обмотки. Изменение тока через тиристоры обеспечивается подачей управляющих импульсов с импульсного трансформатора Т2 от схемы на однопереходном транзисторе блока управления.

В режиме постоянного тока, когда сварочная горелка через блок возбудителя-стабилизатора В-С подключается, как показано на схеме (рис. 6.20) (разъем «=», сварочный ток проводят два диода VD10, VD11 и два тиристора VS3 и VS4, работающие в диодном режиме. Отпирающее анодное напряжение подается на тиристоры через переключатель S2 (S2.1, S2.2, S2.3 должны быть установлены в крайнее правое положение). Для предотвращения погасания дуги при спадах выпрямленного тока в схему включен дополнительный источник подпитки (трансформатор Т3, диоды VD8, VD9), ток которого опережает основной.

Рис. 6.20. Схема установки УДГУ-301

В режиме переменного тока без компенсации постоянной составляющей переключатель S2 находится в положении, показанном на рис. 6.20, а источник питания подсоединен к В-С через разъем "~". В этом случае к сварочному трансформатору подключены встречно-параллельно тиристоры VS4 и VS5, работающие как диоды.

В режиме переменного тока с компенсацией постоянной составляющей S2 находится в среднем положении. В этом случае тиристор VS4 управляется специальной схемой блока управления. Схема обеспечивает задержку включения тиристора VS4 при нарастании напряжения прямой полярности, уравнивая средние значения тока за полупериоды.

Непрерывность сварочного тока в моменты перехода через ноль поддерживается шунтированием балластным сопротивлением R5 тиристоров VS4 и VS5.

Для возбуждения и поддержания горения дуги при сварке алюминиевых сплавов в установке имеется возбудитель-стабилизатор В-С.

Кроме управления током и компенсации постоянной составляющей блок управления установки осуществляет:

– автоматическую выдержку времени для предварительной подачи защитного газа в горелку и поддувное устройство до возбуждения дуги (управление двумя электромагнитными клапанами);

– отключение подачи газа в поддувное устройство;

– автоматическое включение сварочного трансформатора и осциллятора по истечении времени продувки газового тракта с настройкой времени до 5 с;

– включение осциллятора на время не более 1 с (с перерывом не менее 9 с);

– автоматическое переключение осциллятора на режим работы стабилизатора после ее возбуждения (на переменном токе);

– отключение сварочного трансформатора после плавного спада тока до минимального в пределах каждой ступени для заварки кратера;

– автоматическое прекращение подачи газа по истечении установленной выдержки времени от 5 до 30 с после прекращения горения дуги;

– отключение напряжения холостого хода после размыкания сварочной цепи за время не более 1 с;

– возможность включения подачи газа без включения дуги для установки требуемого расхода.

Вышеперечисленное обеспечивается в нужной последовательности и с временными интервалами электромагнитными реле, коммутация которых осуществляется схемами с тиристорами, управляемыми с помощью однопереходных транзисторов.

В установке предусмотрена возможность подключения пульта дистанционного управления.

Для сварки малоамперной дугой в условиях единичного производства и выполнения ремонтных работ созданы установки малой мощности. Примером такой установки является УДГУ-122.

Универсальная установка УДГУ-122 предназначена для ручной сварки на постоянном токе неплавящимся электродом в среде аргона малоуглеродистых и нержавеющих сталей, титановых и медно-никелевых сплавов, а также на переменном токе изделий из алюминия и его сплавов. Установка может быть использована для сварки штучными электродами на переменном и постоянном токах малоуглеродистых и нержавеющих сталей.

Установка УДГУ-122 является однофазным управляемым выпрямителем при сварке на постоянном токе и источником переменного тока. Так же как и в УДГУ-301 переключение рода тока производится пересоединением сварочного кабеля на соответствующий разъем и установкой переключателя лицевой панели в нужное положение. Установка состоит из двух корпусов: источника питания, на лицевой панели которого находятся все органы управления, и возбудителя ВСД-125, на котором имеется переключатель рода тока. Оба корпуса соединяются сварочным кабелем и проводами через разъемы. Газовая аппаратура обеспечивает подачу аргона в сварочную горелку с расходом до 5 л/мин.

Упрощенная принципиальная схема установки представлена на рис. 6.21.

Сварочный трансформатор Т1 имеет ту же конструкцию, что и в УДГУ-301, но без обмотки управления. На магнитопроводе шунта размещены дополнительная вторичная обмотка и слаботочная обмотка вспомогательного источника тока. Первичная обмотка находится внутри части вторичной. Изменение тока производится ступенчато. При этом дополнительная обмотка обеспечивает размагничивающее действие на первой ступени, отключается на второй и подключается согласно на третьей. Внутри ступеней ток регулируется углом управления тиристоров VS1 и VS2 на постоянном токе и VS2 и VS3 на переменном. Тиристор VS4 работает в диодном режиме. Переключение рода тока осуществляется переключателем S3.

Рис. 6.21. Упрощенная принципиальная схема установки УДГУ-122

Вспомогательный источник подключается при сварке штучными электродами отключением возбудителя-стабилизатора В-С переключателем S2. В состав вспомогательного источника входят дополнительная слаботочная обмотка сварочного трансформатора, диоды VD4, VD5 и конденсатор СЗ. Последовательное включение емкости СЗ на стороне переменного тока обеспечивает сдвиг тока в нагрузке относительно тока основного источника и препятствует прерыванию дуги при различных углах управления тиристорами.

Охлаждение тиристоров и схемы управления осуществляется вентилятором М. Включение установки производится кнопкой на горелке S1 или выключателем S2 при сварке штучными электродами. Время нарастания тока регулируется резистором R5, а заварки кратера – резистором R6. Сварочный ток устанавливается резистором R4. При сварке алюминиевых сплавов на переменном токе степень устранения постоянной составляющей определяется в результате пробных сварок и устанавливается резистором R2. Работу установки обеспечивает электронный блок управления БУ. Для стабилизации режима во время сварки в качестве сигнала обратной связи в схеме используется падение напряжения на шунтирующих тиристорах VS2, VS3, резисторах R8 и R9 за время, соответствующее углу управления (до включения тиристоров). Установка не имеет приборов, отображающих режим сварки, и протарированных переключателей, и рассчитана на квалифицированную эксплуатацию.

Установка УДГУ-302 УХЛ4 (рис. 6.22) имеет в своем составе автоматический выключатель QF, контактор К, силовой трансформатор Т1 с увеличенным рассеянием, вентильный блок V1-V6, блок подпитки V7, V8, R, импульсный стабилизатор А1 и возбудитель дуги A2. При сварке на переменном токе работают диод V1, нерегулируемый, т.е. полнофазно включаемый тиристор V3 и попеременно включаемые регулируемые тиристоры V5, V6.

а)

б) в)

Рис. 6.22. Упрощенная схема (а), осциллограмма переменного (б) и постоянного (в) тока установки УДГУ-302 УХЛ4

Так, в полупериоде прямой полярности ток идет по цепи T1–V5–дуга–V1–Т1, а в полупериоде обратной полярности по цепи T1–V3–дуга–V6–T1. С помощью тиристоров V5, V6 не только регулируется ток и формируется падающая характеристика, но еще и подавляется постоянная составляющая. При сварке на постоянном токе работают диод V1 и тиристоры V2, V4, V5, образуя несимметричную однофазную мостовую схему выпрямления, в которой поочередно работают то пара вентилей V1, V5, то пара V2, V4. При сварке на постоянном и переменном токе используется блок подпитки. При сварке на постоянном токе подпитка при указанном на схеме положении контакта S образована диодами V7, V8 и балластным реостатом R. При сварке на переменном токе контакт S переключается, поэтому подпитка выполнена прямо от трансформатора T1 через балластный реостат R. Осциллограмма переменного тока показана на рис. 6.22, б, а постоянного тока – на рис. 6.22, в.

Начальное зажигание дуги производят с помощью возбудителя А2 и трансформатора Т2 включением тиристора V11. Импульс возбудителя имеет начальную высоковольтную составляющую, обеспечивающую пробой межэлектродного промежутка, и низковольтную мощную составляющую, способствующую развитию разряда. Конденсатор С1 защищает основной источник от высокого напряжения возбудителя. При сварке на переменном токе действует также стабилизатор А1. В полупериоды прямой полярности с помощью диода V10 заряжается конденсатор С2, а в начале полупериода обратной полярности он разряжается на дугу при включении тиристора V9.

Установка может использоваться и для сварки пульсирующей дугой, токи импульса и паузы настраиваются раздельно и плавно, длительность импульса и паузы регулируется дискретно в интервале 0,1-9,9 с. Программное управление выполняется по циклограмме, подобной изображенной на рис. 6.2, б.