Схема выпрямителя с двухтактным транзисторным инвертором (рис. 4.42) наиболее удобна для объяснения процесса инвертирования. Входной выпрямительный блок V1 преобразует переменное напряжение сети в постоянное, которое сглаживается с помощью низкочастотного фильтра L1, С1. Затем выпрямленное напряжение Uвс преобразуется в однофазное переменное U1 высокой частоты с помощью инвертора на двух транзисторах VT1 и VT2. Далее напряжение понижается трансформатором Т до U2, выпрямляется блоком вентилей V2, проходит через высокочастотный фильтр L2, С2 и подается на дугу в виде сглаженного напряжения Uв.
Подробнее рассмотрим процесс инвертирования. При подаче сигнала на базу транзистора VT1 отпирается его коллекторная цепь, и по первичной обмотке трансформатора Т в интервале времени t1 протекает ток в направлении, показанном тонкой линией. При снятии сигнала с базы этот ток прекращается. С некоторой задержкой отпирается транзистор VT2, при этом в интервале времени t2 ток по трансформатору идет уже в другом направлении, показанном пунктиром. Таким образом, по первичной обмотке трансформатора идет переменный ток. Длительность его периода Т и частота переменного тока f = 1/Т зависят от частоты запуска транзисторов, определяемой системой управления. Обычно частота устанавливается на уровне 1-100 кГц. Поскольку эта частота не зависит от частоты сети, такой инвертор называют автономным. Иногда инвертор конструктивно объединяют с трансформатором Т, выпрямительным блоком V2 и фильтром L2—C2. Такое устройство называют конвертором, у него на выходе, как и на входе, постоянное напряжение, но меньшей величины.
Рис. 4.42. Выпрямитель с транзисторным инвертором
Если на входе инвертора установлен мощный накопительный конденсатор С1, то напряжение инвертора U1 имеет прямоугольную форму, как показано на рис. 4.42,б. Такую конструкцию называют автономным инвертором напряжения (АИН). Напротив, если на входе инвертора установить мощный дроссель L1, а обмотку трансформатора Т шунтировать конденсатором, то сглажен будет уже входной ток. Такой преобразователь называется инвертором тока (АИТ). Наконец, возможна конструкция, в которой благодаря наличию последовательно соединенных индуктивности и емкости образуется колебательный контур с синусоидальным током, она названа резонансным инвертором (АИР).
Инвертор — это устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное. Конвертор — устройство для понижения или увеличения постоянного напряжения, иногда с промежуточным высокочастотным звеном.
С появлением инверторных источников более простые неинверторные стали называть конвенциональными, т.е. традиционными.
Регулирование режима сварки осуществляется несколькими способами. Например, если входной выпрямительный блок выполнить тиристорным, то при увеличении напряжения Uвс увеличивается и амплитуда высокочастотного напряжения U2 и среднее значение Uв выпрямленного напряжения (рис. 4.43,а):
Uвс ↑ => U1 ↑ => U2 ↑ => Uв ↑
Возможно также регулирование изменением частоты импульсов (рис. 4.43,б):
f ↑ => T ↓ => Uв ↑
Но наибольшее распространение получил способ широтно-импульсного регулирования (рис. 4.43,в):
t ↑ => Uв ↑,
поскольку при постоянной частоте облегчается выбор параметров выходного фильтра, а также снижается спектр электромагнитных помех, которые легче устранить входным фильтром.
Рис. 4.43. Осциллограммы при регулировании напряжения изменением амплитуды (а), частоты (б) и ширины (в) импульсов
В выпрямителе с инвертором используется амплитудное, частотное и широтное регулирование режима.
Естественные внешние характеристики выпрямителя зависят от конструкции инвертора и трансформатора. Искусственные характеристики формируются с помощью обратных связей по току и напряжению.
Сварочные свойства выпрямителей с инвертором, как правило, лучше, чем у конвенциональных источников, и объясняется это высоким быстродействием инвертора. Если у неинверторного однофазного выпрямителя длительность переходного процесса составляет не менее полупериода стандартного переменного тока, т. е. около 0,01 с, то у выпрямителя с инвертором быстродействие характеризуется значениями 0,0005 с и меньше. При механизированной сварке в углекислом газе такой выпрямитель способен обеспечить сложный алгоритм изменения тока с целью управления переносом электродного металла при длительности отдельных этапов цикла около 1 мс. Высокие динамические свойства выпрямителя с инвертором проявляются и в случае программного управления процессом ручной дуговой сварки, например по циклограмме. В этом случае легко обеспечивается горячий пуск в начале сварки, быстрый переход от одного из заранее настроенных режимов к другому при попеременной сварке то нижних, то вертикальных швов, сварка пульсирующей дугой с регулируемой формой импульса и т. д.
Достоинства и недостатки выпрямителя с инвертором тесно связаны друг с другом. Здесь энергия претерпевает по крайней мере четыре ступени преобразования. Тем не менее, такой выпрямитель экономичен и весьма перспективен. Дело в том, что сердечник высокочастотного трансформатора имеет очень малые сечение и массу. Обычно сердечник весит в десятки раз меньше, чем сердечник трансформатора на 50 Гц. В целом выпрямитель также имеет замечательные массо-энергетические характеристики: 0,02-0,1 кг на 1 А сварочного тока и 1-4 кг на 1 кВт потребляемой мощности, т. е. весит в 5-15 раз меньше других выпрямителей. И все же выпрямитель с инвертором дороже конвенциональных источников, поэтому его рекомендуют использовать в тех случаях, где имеют значение малые масса и габариты — при сварке на монтаже, в быту, на ремонтных работах. В эксплуатации такой источник чрезвычайно экономичен. Его коэффициент мощности близок к 1, КПД не ниже 0,7, а иногда достигает 0,9.
Источник: В.С. Милютин, М.П. Шалимов, С.М. Шанчуров. Источники питания для сварки. Москва, 2007
Twitter
Вконтакте
Livejournal
Facebook
Мой Мир
Google Buzz
Gmail