Назад: 5.2. Источники питания ИДС неплавящимся электродом

5.3. Высокочастотные источники питания

Эти источники (рис. 5.16) обычно создаются на базе инверторных. Переменный высокочастотный ток получается путем попеременного включения вентилей VT1 и VТ2. На дугу может подаваться как переменный ток от трансформатора (рис.5.16,б), так и несглаженный выпрямленный с блока V1 (рис.5.16,в). Пульсирующий ток может быть получен также из постоянного с помощью высокочастотного полупроводникового коммутатора. Высокочастотный ток повышает пространственную устойчивость дуги.

Рис. 5.16. Инверторный импульсный источник питания: а – упрощенная схема; б – импульсный переменный ток; в, г – амплитудное и частотное модулирование тока соответственно

Таким образом, перечисленные специализированные сварочные источники питания в отличие от сварочных трансформаторов, выпрямителей и преобразователей должны комплектоваться рядом вспомогательных устройств, обеспечивающих выполнение вышеуказанных функций.

Устройство и принцип работы инверторной установки для импульсно-дуговой сварки неплавящимся электродом типа УДГ-350. Эта установка (рис.5.17) предназначена для аргонодуговой сварки как непрерывной, так и пульсирующей дугой постоянным током (прил.13 и прил. 14).

Рис.5.17. Упрощенная силовая схема установки УДГ-350

В ее состав входят автоматический выключатель QF, сетевой фильтр CI-C6, L1-L3, сетевой выпрямительный блок VD, сглаживающий реактор L4 и четыре транзисторных инверторных модуля А1-А4. Каждый инверторный модуль собран на десяти транзисторах по двухтактной полумостовой схеме. В составе каждого модуля имеется высокочастотный трансформатор и выпрямительный блок с фильтром. Это повышает надежность работы источника, поскольку после выхода из строя одного из модулей установка продолжает работать, хотя и при меньшем токе. Частота инвертирования – 16 кГц.

Внешние характеристики установки сформированы за счет обратной связи по току. Установка обеспечивает плавное регулирование тока с высокой кратностью, а также плавное нарастание тока в начале сварки и заварку кратера. Подобное устройство имеет установка УДГ-602. В ее составе два инверторных выпрямителя на 315 А, которые работают на два независимых поста или подключаются параллельно, обеспечивая сварку на токе до 630 А.

Устройство и принцип работы универсальной по роду тока установки для импульсно-дуговой сварки неплавящимся электродом. Универсальный источник обеспечивает сварку алюминиевых сплавов на переменном токе и остальные материалы - на постоянном. Установка УДГУ-302 (рис. 5.18,а) имеет в своем составе автоматический выключатель QF, контактор К, силовой трансформатор TI с увеличенным рассеянием, выпрямительный блок VD1‑VS6, блок подпитки VD7, VD8-R, импульсный стабилизатор AI и возбудитель дуги А2. При сварке на переменном токе работают диод VD1 нерегулируемый, т.е. полнофазно включаемый тиристор VS3, и попеременно включаемые регулируемые тиристоры VS5 и VS6. Так, в полупериоды прямой полярности ток идет по цепи T1-VS5-дуга-VS1-Т1, а в полупериоды обратной полярности - по цепи T1-VS3-дуга-VS6-Т1 (рис.5.18,б). С помощью тиристоров VS5 и VS6 не только регулируется ток и формируется падающая характеристика, но ещё и подавляется постоянная составлявшая тока. При сварке на постоянном токе работают диод VD1 и тиристоры VS2, VS4, VS5, образуя несимметричную однофазную мостовую схему выпрямителя, в которой работают поочередно вентили VD1, VS5 и VS2, VS4 (рис. 5.18,в). Как при постоянном токе, так и при переменном – используется блок подпитки. При сварке на постоянном токе подпитка при указанном на схеме положении контакта S образована диодами VS7, VS8 и балластным реостатом R. При сварке на переменном токе контакт S переключается, поэтому подпитка выполнена прямо от трансформатора Т1 через балластный реостат R.

Рис. 5.18. Упрощенная электрическая схема источника УДГУ-302 (а);

форма тока при сварке на переменном (б) и постоянном (в) токах

Начальное зажигание дуги производится с помощью возбудителя А2 и трансформатора Т2 включением тиристора VS11. Импульс возбудителя имеет начальную высоковольтную составляющую, обеспечивающую пробой межэлектродного промежутка и низковольтную мощную составляющую, способствующую развитию разряда. Конденсатор CI защищает основной источник от высоковольтного напряжения возбудителя. При сварке на переменном токе действует также стабилизатор AI. В полупериоды прямой полярности тока с помощью диода V10 заряжается конденсатор С2, а в начале полупериодов тока обратной полярности он разряжается на дугу при включении тиристора VS9.

Установка может использоваться и для сварки пульсирующей дугой, ток импульса и паузы управляются раздельно и плавно, длительность импульса и паузы регулируется дискретно в интервале 0,1…5,5 с.

Источники разнополярных импульсов. Для повышения стойкости вольфрамового электрода, улучшения качества шва за счет катодного распыления окисной пленки на свариваемом изделии из алюминиевых сплавов и повышения проплавления шва целесообразно применять процесс сварки с разнополярными импульсами. Такой процесс может быть осуществлен от источников И126 с индуктивными накопителями энергии (рис.5.19).

Рис. 5.19. Источник разнополярных импульсов И126: а – силовая часть схемы; б – ток в накопителе L1; в – ток в накопителе L2; г – сварочный ток

В состав источника входят два автономных источника постоянного тока (регулируемые выпрямители G1 и G2); индуктивные накопители-реакторы (L1 и L2); разделительные диоды (VD1 и VD2); тиристорный коммутатор (VS1, VS2) и коммутирующий конденсатор С.

Выпрямитель G1 с накопителем L1 питает дугу током прямой полярности по цепи G1-L1-дуга-VD2-VS2-G1, а выпрямитель G2 с накопителем L2 питает дугу током обратной полярности по цепи G2-L2-дуга-VD1-VS1-G2.

Рассмотрим процессы в источнике в различные интервалы времени (рис.5.19,б). В момент t₁ система управления открывает тиристор VS1, реактор L1 начнет накапливать электромагнитную энергию благодаря нарастанию тока i_L1, путь которого показан на схеме сплошной линией. В этот же момент t₁ выключается тиристор VS2. Но реактор L2 стремится поддержать убывающий ток i_L2, отдавая ранее накопленную энергию (рис.5.19,в). При этом реактор L2 питает дугу током обратной полярности по цепи, показанной пунктирной линией. Одновременно он заряжает конденсатор С согласно полярности, указанной на схеме. В интервале времени t₂…t₃ в момент t₂ система управления откроет тиристор VS2. Тиристор VS1 закроется разрядом коммутирующего конденсатора С по цепи +C-VS2-VS1-C. С момента t₂ реактор L2 начинает накапливать, а реактор L1 возвращать энергию, поддерживая ток в дуге прямой полярности и перезаряжая конденсатор С до момента t₃, когда процессы в источнике снова повторятся.

Таким образом, ток в дуге имеет форму разнополярных импульсов (рис.5.19,г). Длительность импульсов прямой и обратной полярности задается системой управления независимо друг от друга и регулируется в интервале 0,004…0,015 с. Ток обоих импульсов независимо и плавно настраивается выпрямителями G1 и G2. Обычно ток и время импульса обратной полярности назначаются небольшие, но достаточные для эффективной очистки поверхности детали (катодное распыление). В начале каждого импульса благодаря скачку тока в накопителе создаётся высокая ЭДС самоиндукции, обеспечивающая надежное повторное зажигание дуги. Поэтому такие источники не нуждаются в импульсном стабилизаторе дуги. Форма импульса тока близка к прямоугольной, так как накопители работают в режиме неполного разряда. В рассмотренной схеме накопитель соединен со своим выпрямителем последовательно. В отличие от параллельной схемы дуга питается суммарной ЭДС накопителя и выпрямителя, что позволяет снизить их мощность и габариты.

Благодаря высокой электромагнитной инерции накопительный ток импульса при колебаниях напряжения дуги практически не меняется, и крутопадающая внешняя характеристике источника формируется параметрически. Для начального зажигания дуги источник комплектуется осциллятором параллельного включения G3 с фильтром высокой частоты. Система управления обеспечивает плавное нарастание тока в начале сварки и спад тока – в конце, а также импульсную модуляцию тока при сварке пульсирующей дугой.

Источники с индуктивными накопителями энергии могут генерировать и униполярные импульсы при сварке пульсирующей дугой различных металлов, кроме алюминиевых сплавов.

Установка УДГЧ-251, созданная на основе трансформаторного инвертора, имеет в своем составе тиристорно-транзисторный коммутатор, с помощью которого генерируются прямоугольные разнополярные импульсы с частотой от 30 до 159 имп/с. Длительность импульсов прямой полярности и обратной плавно регулируется в пределах 30-70% от длительности периода. Если преобладает полупериод прямой полярности, увеличивается проплавление основного металла. Если преобладает импульс обратной полярности, то улучшается очистка поверхности алюминиевых деталей за счет катодного распыления оксидной пленки.

Далее: 5.4.1. Источники питания для сварки сжатой дугой