Назад: 3.5.1. Особенности инверторных источников

3.5.2. Принцип действия выпрямителя с инвертором

Схема выпрямителя с двухтактным транзисторным инвертором (рис.3.28,а) наиболее удобна для объяснения процесса инвертирования. Входной выпрямительный блок VDI преобразует переменное напряжение сети (рис.3.28,б) в постоянное (рис.3.28,в), которое сглаживается с помощью низкочастотного фильтра L1, С1 (рис.3.28,г). Затем выпрямленное напряжение u_сглаж преобразуется в однофазное переменное u₁ высокой частоты с помощью инвертора на двух транзисторах VT1 и VT2 (рис.3.28,д). Далее напряжение понижается высокочастотным трансформатором Т (с ферритовым сердечником с разомкнутой магнитной цепью) до u₂ (рис.3.28,е), выпрямляется блоком вентилей VD2 (рис.3.28,ж), проходит через высокочастотный фильтр L2, С2 и подается на дугу в виде сглаженного напряжения u_вых (рис.3.28,з).

Рис.3.28. Выпрямитель с транзисторным инвертором

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 t_З отпирается транзистор VT2, при этом в интервале времени t₂ ток по трансформатору идет уже в другом направлении, показанном пунктирной линией. Таким образом, по первичной обмотке трансформатора идет переменный ток. Длительность его периода Т, а частота переменного тока f зависят от частоты запуска транзисторов, определяемой системой управления. Обычно частота устанавливается на уровне 15…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.

В зависимости от параметров входного фильтра инвертора он может быть трех типов. При большой ёмкости конденсатора С1 напряжение u₁ имеет прямоугольную форму (рис.3.28,д). Такую конструкцию называют автономным инвертором напряжения (АИН). При установке на входе инвертора реактора L1с большой индуктивностью и шунтировании первичной обмотки трансформатора Т емкостью С1 ток инвертора сглаживается. Такой преобразователь называется автономным инвертором тока (АИТ). Возможна конструкция, в которой благодаря наличию последовательно соединенных индуктивности и емкости образуется колебательный контур с синусоидальным током, она названа автономным резонансным инвертором (АРИ).

Инвертор – это электротехническое устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное. Конвертор – устройство для понижения или увеличения постоянного напряжения, иногда с промежуточным высокочастотным звеном

Регулирование режима сварки осуществляется в основном тремя способами:

· изменением напряжения U_BC, которое приводит к изменению амплитуды высокочастотного напряжения U₂ и среднего значения выпрямленного напряжения U_B, рис.3.29,а;

· изменением частоты импульсов (рис.3.29,б);

· широтно-импульсноым регулированием (рис.3.29,в), которое получило наибольшее распространение, так как при постоянной частоте облегчается выбор параметров выходного фильтра, а также снижается спектр электромагнитных помех, которые легче устранить входным фильтром.

Рис.3.29. Осциллограммы при регулировании напряжения изменением амплитуды (а), частоты (б) и ширины (в) импульсов

Внешние характеристики выпрямителя с инвертором зависят главным образом от конструктивных особенностей инвертора и понижающего трансформатора (рис.3.30,а). Естественная внешняя характеристика собственно инвертора АИН почти жесткая (линия 1). Но поскольку индуктивное сопротивление трансформатора Х_т, пропорциональное частоте инвертирования f, велико даже при небольшом магнитном рассеянии, то характеристика выпрямителя в целом получается падающей (линия 3). Обычно же внешние характеристики формируются искусственно с помощью системы управления.

Рис.3.30. Внешние характеристики выпрямителей с инвертором

Для получения крутопадающих характеристик вводится отрицательная ОС по току, при которой с увеличением сварочного тока частота инвертирования снижается, что приводит к уменьшению выпрямленного напряжения (линия 2)

I_д =>f¯ =>U_в¯.

Для получения жестких характеристик вводится ОС по выпрямленному напряжению:

U_B¯ => f => U_B, U_B = const.

В выпрямителях с инверторным преобразователем сравнительно легко получают комбинированную внешнюю характеристику (рис.3.30,б), сформированную из нескольких участков. Крутопадающий участок 1 необходим для задания сравнительно высокого напряжения холостого хода при зажигании дуги. Основной участок характеристики 2 пологопадающий обеспечивает эффективное саморегулирование при механизированной сварке в углекислом газе. Вертикальный участок 3 ограничивает сварочный ток, с целью предотвращения прожога при сварке тонкого металла. Участок 4 задает величину тока короткого замыкания. Положение каждого участка характеристики настраивается с помощью отдельных регуляторов. При сварке в СО₂ положением участка 2 по вертикали задается сварочное напряжение, а при сварке покрытыми электродами перемещением участка 3 устанавливается сила тока.

Естественные внешние характеристики выпрямителя с инверторным преобразователем зависят от конструкции инвертора и трансформатора, а искусственные – формируются с помощью ОС по току и напряжению.

В современных инверторных преобразователях в качестве управляемых электронных элементов используются: биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) марки IRGPH50K (International Rectifier, США) на ток 45 А и допустимое напряжение 1200 В с частотой переключения 10-75 кГц.; транзисторно-диодный модуль (чоппер) марки МТКИД100-12 (Россия) на ток 2 х 100 А и допустимое напряжение 1200 В; силовой модуль РМ15RSН120 (Mitsubishi, Япония) на ток 14 А мощностью 2,2 кВт.

С появлением инверторных источников более простые не инверторные стали называть традиционными.

Главный недостаток выпрямителей с инвертором заключается в чрезмерной сложности устройства и связанных с этим низкой надежностью и ремонтопригодностью. Специфическим недостатком является повышенное акустическое высокочастотное излучение, издаваемое высокочастотным трансформатором, выходным фильтром и дугой. Радикальный способ борьбы с шумом заключается в повышении рабочей частоты сверх 20 кГц, что выводит акустический эффект за пределы слышимого звука.

Далее: 3.5.3. Выпрямитель с однотактным транзисторным преобразователем