Особенности требований сварки двухфазной и трехфазной дугой.

Трехфазная дуга – Михайлов 30-е году 20века. Возможна и двухфазная.

В настоящее время эти процессы применяются ограниченно, только в механизированном варианте. Трехфазная дуга переходит в двухфазную, когда расстояние между электродами становится больше обрывной длины дуги.

1. Три дуги без образования общего ионизированного пространства.

2. С образованием общего ионизированного пространства (в основном используется).

В последнем случае кардинально улучшается устойчивость горения дуги, т.к. поддерживается постоянный высокий уровень ионизации в разрядном промежутке, соответственно в каждый момент времени горит минимум две дуги. Если дуговое пространство не общее, стабильность горения дуги близка к горению дуги переменного тока. Т.к. процесс механизированный применяемое оборудование имеет постоянный объем подачиэлектродной проволоки, здесь также используется саморегулирование дуги, соответственно ИП с пологопадающей и жесткой ВСХ, но не однофазные, а трехфазные.

Если используется двухдуговая схема, то возможно применение двух однофазных трансформаторов вместо трехфазных.

Любая электротехническая установка рассчитана на определённую установку, при которой она работает, не перегреваясь выше установленной температуры.

Наибольшей чувствительностью к нагреву обладают вентили и изоляция обмотки.

В тоже время, в значительной степени, температура зависит от того, как долго работают эти элементы при номинальной нагрузке.

Режим работы изменяется во времени и характеризуется графиком нагрузки (зависимость мощности от времени).

Ток, напряжение и мощность источника, при которых он работает в данном режиме, не перегреваясь выше нормы, называется номинальным, или расчётным. Эти параметры указываются заводом-изготовителем на щитке источника питания.

Различают три режима работы источника питания дуги:

1. непрерывный

2. перемежающийся

3. повторно-кратковременный

1. Непрерывный режим работы – характерен для источников питания при сварке под флюсом.

Конструкторы изготавливают обмотки с воздушными слоями между витками.

2. Перемежающийся – за время работы под нагрузкой tр температура источника не достигает tуст, а во время паузы в работе tп не успевает охладиться до температуры. Так работает большинство трансформаторов для РДС.

ПН – продолжительность нагрузки:

ТД-300 – на токе 300 А 5 минут работает, 5 минут остывает.

3. Повторно-кратковременный режим.

От перемежающегося отличается тем, что в момент паузы источник питания отключается от сети.

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 InvertecV350-РRО

Выпрямитель Форсаж-160

Преимущества инверторных ИП:

Технологические преимущества инверторных сварочных аппаратов:

минимальное разбрызгивание;

сварка короткой дугой;

сварка плохо свариваемых сталей;

минимальный перегрев свариваемого изделия;

высокие КПД и быстродействие;

меньшие габариты по сравнению со сварочными трансформаторами;

для получения качественных швов не требуется высокой квалификации сварщика.