Инверторные источники питания.

Инвертирование в преобразовательной технике – это преобразование постоянного напряжения в переменное.

Инверторы сварочных источников питания выполняются на силовых тиристорах и транзисторах. Тиристорные инверторы проигрывают транзисторным по максимальной частоте преобразования (на порядок) и соответственно по массогабаритным показателям. Поэтому в производстве сварочных ИП они в настоящее время почти полностью вытеснены транзисторными инверторами.

Рассмотрим одну из широко применяемых схем транзисторного инвертирования.

Выпрямитель V1 преобразует напряжение сети (~380В, 50Гц) в постоянное, неравномерность которого сглаживается фильтром L1—С1. Инвертор на транзисторах VT1-VT2 преобразует постоянное напряжение в переменное высокочастотное (~ 50 кГц). Далее напряжение (~ 380 В) понижается трансформатором Т до сварочного ( 80 В), выпрямляется выпрямителем V2 и сглаживается фильтром L2-C2. Поскольку трансформируется переменный ток большой частоты, то трансформатор изготавливается не с железным, а с ферритовым сердечником, что снижает его вес примерно в 10 раз. Поскольку частота трансформируемого тока большая, то сокращается длительность переходных процессов с n*10^-2 с до 10^-3с и менее.

В настоящее время основную часть инверторного оборудования для сварочного производства составляют ИП с высокочастотными трансформаторами, поскольку условия электробезопасности при ручной сварке и сварке шланговыми полуавтоматами, а также при плазменной резке требуют гальванической развязки вторичной цепи от силовой сети.

Регулировка режима (получение падающей вольтамперной характеристики и регулировка вторичного напряжения на жёсткой характеристике) как правило осуществляется путём изменения частоты.

Осциллограммы при регулировании напряжения изменением амплитуды (а), частоты (б) и ширины (в) импульсов

Для получения падающей характеристики вводится обратная связь по току: с его увеличением автоматически снижается частота, что влечет уменьшение выходного напряжения. Для стабилизации выходного напряжения на жестких характеристиках вводится обратная связь по напряжению.

Внешние характеристики выпрямителей с инвертором

В 80-х годах и до середины 90-х годов инверторные выпрямители выпускались небольшой мощности (до 160 А), для работы на монтаже и для бытовых нужд. В середине 90-х появилось новое поколение так называемых полевых транзисторов, способных выдерживать большие токи. Это позволило приступить к выпуску промышленных инверторов на токи 300...500 А.

Современные переключающие приборы: МОП-транзистор (а); биполярный транзистор с изолированным затвором (б); транзисторно-диодный модуль — чоппер (в); силовой модуль с оптимизированным управлением и комплексной внутренней защитой (г)

В сварочных ИП с силовыми транзисторами используется несколько схем инвертирования.

Однотактный преобразователь с прямым включением диода

Однотактный преобразователь с обратным включением диода

Двухтактный мостовой преобразователь

Двухтактный полумостовой преобразователь

Резонансный двухтактный мостовой преобразователь

Реальные силовые схемы инверторных ИП могут существенно отличаться от типовых.

Выпрямитель ДС.250.33

Выпрямитель Сaddy Arc 150

Выпрямитель Invertec V350-РRО

Выпрямитель Форсаж-160

Преимущества инверторных ИП:

1. Минимальные масса и габариты.

У инверторных ИП при ультразвуковой частоте преобразования масса минимум на порядок меньше, чем у традиционных ИП. Это позволяет многократно снизить затраты перебазирование оборудования в монтажных условиях.

2. Наилучшие динамические характеристики:

У трансформаторов и выпрямителей максимально возможная скорость регулирования определяется частотой сети.

У инверторных ИП скорость регулирования определяется частотой преобразования.

Динамические характеристики минимум на 2 порядка лучше, чем у традиционных. Это позволяет реализовать новые технологические возможности.

Динамические характеристики позволяют эффективно реализовать режим горячего старта при сварке плавящимся электродом, снизить напряжение холостого хода в 2 и более раз, это позволяет получит более высокий КПД, позволяет полнее использовать сеть

При сварке в защитных газах это позволяет реализовать процесс почти без разбрызгивания электродного металла за счет высокой скорости регулирования тока.

В итоге по технологическим возможностям инверторные ИП существенно превосходят традиционные в монтажных условиях безусловно, в промышленных – во многих случаях тоже.

По надежности лучшие образцы инверторных ИП не уступают выпрямителям. Гарантийный срок на большинство сварочных ИП - один год.

Изготовители первых серийных инвертоных ИП в России:

1. Чебоксары, фирма «Технотрон»;

2. Рязань, Приборостроительный завод – инверторы «Форсаж»;