3.4.4 Инверторные выпрямители

В различных отраслях промышленности все шире применяются высо­кочастотные преобразователи постоянного напряжения (инверторные источники питания). Преимущества инверторных источников заключаются а повышенном КПД и резком снижении массогабаритных размеров за счет снижения затрат электротехнических материалов (медь, трансформаторная сталь) для равной мощности источников.

В СНГ и за рубежом ведутся работы по созданию новых источников питания дуги со статическими высокочастотными преобразователями. В настоящее время сформировались три направления в развитии высо­кочастотных преобразователей энергии для сварки: снижение массогабаритных характеристик оборудования и повышение его технико-экономических показателей; создание преобразователей для питания дуги кратковременными импульсами тока высокой частоты; создание источников питания дуги, способных работать в системе цифрового программного управления.

Анализ выпускаемых инверторных источников питания как в стра­не, так и за рубежом показывает, что они имеют практически одинаковую функциональную структуру (рис. 3.21.) и отличаются в основном конструкцией инвертора и системой управления им. Источник состоит из выпрямителя сетевого напряжения 220 или 380 В (1); сглаживающего фильтра 4, как правило, батареи конденсаторов; инвертора 5, который преобразует постоянный сглаженный ток в переменный высокочастотный; понижающего трансформатора 6; вторичного выпрямителя 7; сглаживающего дросселя 8; системы управления 3; служебного блока питания 2; системы принудительного охлаждения. В качестве выпрямителя сетевого напряжения используются диоды или тиристоры.

Рис.3.21. Функциональная схема инверторного выпрямителя

Инверторы могут быть тиристорные, тиристорно-транзисторные или транзисторные. Инверторы, или преобразователи постоянного тока строятся по схеме с последовательным резонансным инвертором; или параллельно резонансным инвертором, с параллельно резонансным инвертором с обратными диодами; с транзисторным коммутатором; с транзисторным инвертором по однотактной мостовой схеме с обратным включением второго выпрямителя.

Принципиальные схемы инверторов, получивших распространение в сварочных источниках питания, построены по однофазной мостовой либо несимметричной схемам.

3.5. Многопостовые выпрямительные системы

При наличии нескольких сварочных постов рационально использовать многопостовую систему питания от 4 до 30 постов на один источник. Многопостовые генераторы и трансформаторы в настоящее время не выпускаются. Многопостовые выпрямительные системы изготовляют на токи 1000, 1600 и 5000 А. По назначению различают системы для ручной, механизированной сварки в углекислом газе и универсальные.

Система имеет общий источник, шинопровод и постовые устройства (рис.3.22.). Она должна иметь развязку постов, т. е. обеспечивать независимость режимов сварки постов друг от друга. Поэтому внешняя характеристика общего источника должна быть жесткой. Действительно, при падающей характеристике короткое замыкание на одном из постов вызовет снижение напряжения источника и погасание дуги на других постах. Кроме того, для развязки ток короткого замыкания поста должен быть ограничен наличием балластного реостата.

Рис. 3.22. Многопостовые выпрямительные системы: а – с балластными реостатами; б – выпрямительными постовыми устройствами

Наибольшее распространение получила простейшая система (см. рис.3.22,а). В ней используется многопостовой выпрямитель, состоящий из трансформатора Т и силового выпрямительного блока V. Шинопровод с целью экономии кабелей, как правило выполняется общим для всего цеха в виде голых медных шин, проложенных по стене. Сечение шинопровода рассчитывается так, чтобы у самого отдаленного потребителя напряжение источника снизилось не более чем на 5%. Постовые балластные реостаты R (рис. 3.23) выполняют функции развязки, регулирования режима и формирования падающей характеристики.

Рис. 3.23. Постовые балластные реостаты

Балластный реостат РБ-302 представляет собой набор параллельно соединенных резисторов, подключенных к нагрузке с помощью рубильников S1…S7 (рис.3.23.). При различных комбинациях включенных рубильников реостат может иметь сопротивление от 0,1 до 50 Ом. Непосредственно у каждого рубильника указана сила тока, полученная при напряжении источника равному 30В

Уравнение внешней характеристики на отдельном посту следующее:

U_n=U_в-I_дR_б≈U₀-I_дR_б. (3.14)

На рис. 3.24 видно, что с ростом сварочного тока I_д увеличиваются потери напряжения на балластном реостате I_дR_б и снижается напряжение поста: I_д↑=> I_дR_б↑=> U_n↓.При малом сопротивлении реостата получаются пологопадающие характеристики, при большом сопротивлении – крутопадающие характеристики. При жесткой характеристике основного источника внешняя характеристика поста при наличии балластного реостата получается падающей.

Рис. 3.24. Внешняя характеристика поста при многопостовом питании

Поскольку напряжение с балластного реостата подается на дугу (U_n=U_д), то из уравнения (3.14) можно получить уравнение для анализа способов регулирования режима.

(3.15)

Основной способ регулирования тока при ручной сварке - измене­ние сопротивления балластного реостата: R_б↑_=> Iд↓.