Питание источника от стационарной сети

Органы управления и режимы

При решении этой задачи разработчики столкнулись с противоречием: многие потребители сварочного оборудования хотели бы иметь максимум функций в аппарате, в том числе и импульсный режим работы, удобный при сварке "потолка" или тонких деталей. В то же время не менее значительная часть потребителей, чтобы не "смущать" сварщика хочет иметь в аппарате только необходимый минимум ручек и регулировок.

Задача была решена следующим образом: в базовом варианте ДС 250.33 имеет регулировку тока сварки и регулировку "форсирования" дуги. Кроме того, можно отключить "горячий старт" и выбрать наклон вольтамперной характеристики. При необходимости, в источник вставляется блок импульсного режима (вместо заглушки), в котором предусмотрены регулировки тока пауза, времени импульса и времени паузы. Время снятия - установки блока 1минута.

Таким образом ДС 250.33:

• Обеспечивает плавное регулирование сварочного тока в диапазоне от 25 до 250 А. Точность задания тока - до 1А, контролируется цифровым индикатором.
• Дистанционное управление сварочным током
• Имеет цифровую индикацию параметров сварки - Тока сварки (А) и Степени "форсирования дуги" (в относительных единицах),
• Выполнен в "безопасном варианте", что означает пониженное напряжение холостого хода - 12 В.
• Снабжен системой "горячего старта", обеспечивающей легкое возбуждение сварочной дуги.
• Снабжен устройством "антистик", защищающим от прилипания электрода;
• Имеет возможность регулировки "форсирования" сварочной дуги, которое определяет поведение сварочного тока в момент уменьшения и далее замыкания дугового промежутка (рис.1). Уменьшение "форсирования" снижает разбрызгивание металла, а увеличение "форсирования" уменьшает вероятность залипания электрода, увеличивает проплавление и давление дуги.
• Позволяет выбирать наклон вольтамперной характеристики 0.4В/А или 1.25В/А, управляя переносом металла, в зависимости от конкретных условий сварки и типа электрода, что особенно важно при сварке целлюлозными электродами (рис.2).
• Предусмотрено автоматическое отключение при перегреве, пониженном напряжении и отсутствии одной из фаз питающего напряжения.
• Поддерживает заданный ток вне зависимости от колебаний напряжения сети
• Имеет высокое выходное напряжение, что позволяет вести сварку на кабелях суммарной длины до 100м.
• Может поставляться с Блоком импульсного режима (Исполнение 01). В этом случае цифровой индикатор отображает выставляемое значение тока паузы (А), времени протекания тока импульса и времени протекания тока паузы (Сек). Наличие импульсного режима работы облегчает ведение сварки в различных пространственных положениях, сварку деталей малой толщины и снижает требования к квалификации сварщика, например, при сварке вертикальных и потолочных швов. Управление тепловой мощностью дуги позволяет в широких пределах регулировать глубину проплавления и скорость кристаллизации металла шва при сварке труб и металлоконструкций в любом пространственном положении. Во время импульса тока мощность дуги нарастает, соответственно увеличивается количество расплавленного электродного и основного металлов. Снижение мощности дуги во время паузы способствует ускоренной кристаллизации жидкого металла сварочной ванны с одновременным снижением количества основного и электродного металлов. Используя импульсный режим можно обеспечить требуемую проплавляющую способность дуги без опасности прожогов и получить большее количество наплавленного металла в единицу времени. При этом упрощается технология однопроходной сварки и выполнение корневых проходов при многослойной сварке труб и металлоконструкций без подкладок даже при больших, чем при обычной сварки, допусках на сборку, повышается эффективность процесса сварки и улучшается формирование швов. Швы получаются с плавными очертаниями и мелкой чешуйчатостью, соответствующей выбранному режиму пульсации дуги.

Питание источника от стационарной сети

ДС 250.33 питается от трехфазной сети напряжением 380В(50Гц). Возможны колебания напряжения -15/+10%(от 320В до 420В) и колебания частоты -5/+15Гц (от 45 до 65Гц). КПД источника составляет около 85%.

Питание источника от генератора (в составе передвижных машин) Аппарат потребляет не более 12 кВА на максимальном токе (250А). И если при питании от стационарной сети это означает просто экономию электроэнергии, то при питании от дизель-генератора это существенный выигрыш в количестве постов. Теперь, возможно использование 2-х аппаратов ДС 250.33 при питании от 30-киловатного генератора и 4-5 аппаратов при питании от 60-киловатного генератора.

Питание обычного инверторного источника от генератора имеет некоторые особенности. Большинство генераторов рассчитано на активно-индуктивную нагрузку, при которой с ростом потребления напряжение питания падает. Поэтому, производители ставят на генератор корректор напряжения, который создает положительную обратную связь по току, компенсируя падение напряжения на нагрузке. Обычный инверторный источник имеет емкостной характер потребления, поэтому с ростом нагрузки напряжение на генераторе возрастает, а наличие корректора напряжения приводит к еще большему его росту. Результатом может быть выход из строя и инвертора и самого генератора от перенапряжений. Чтобы избежать этого, приходится снижать напряжение холостого хода генератора, использовать его не на полную мощность, или ставить дополнительные фильтры.

Аппарат ДС 250.33 полностью лишен указанных недостатков. Аппарат имеет встроенный LC-фильтр, позволяющий питать источник от генератора без каких бы то ни было оговорок. ДС 250.33 адаптирован к работе с любым генератором, обеспечивающим необходимое напряжение, частоту и мощность.

Источники используется в составе передвижных ремонтных мастерских на базе а/м КАМАЗ, УРАЛ, тракторов ДТ-75, ТТ-4М и ТДТ-55А. При этом DC 250.33 комплектуется набором амортизаторов, силовыми кабелями и дистанционным управлением длиной 25м. Возможно удлинение кабелей до 50м (суммарная длина - 100м).

Конструкция источника

Расположение элементов в ДС 250.33 сделано по принципу "трубы", через которую прогоняется воздух при помощи вентилятора. Дном и боковыми стенами "трубы" служат соответственно дно и боковые стенки источника, верхняя же стенка представляет собой "гребенку " радиатора. На радиаторе, в верхней части источника находятся силовые элементы и система управления. В нижней части, внутри трубы находятся, силовой трансформатор, выходной дроссель и др. элементы которые не боятся пыли. Таким образом, источник получается как бы разделенным на две части. Такая компоновка дает явные преимущества: во-первых, резко возросла интенсивность охлаждения радиаторов, во-вторых, пыль, которая, учитывая возможные места использования источника, может иметь и металлическую составляющую, не попадает в верхнюю часть источника, где находится наиболее чувствительная к ней система управления.

Электронная часть

Аппарат имеет микропроцессорное управление.
Электронные платы собраны по технологии поверхностного монтажа, имеют защитную маску и проходят процедуру двойной лакировки.
Все элементы рассчитаны на температурный диапазон от -40 до +40° С.

Ремонтопригодность
Электронные платы не требуют дополнительной настройки, имеют быстроразъемные соединения и могут быть заменены в течение 30-и минут.

Испытания
Аппараты проходят периодические испытания в камере тепла и холода при температурах от -40 до +40° С, на вибростенде, стенде радиопомех и при питании от 30кВт дизель-генератора. 100% аппаратов испытываются на полигоне перед отправкой потребителю.

ДС 250.33 показал себя как надежный, мощный аппарат с высоким ПВ и широким температурным диапазоном работы, одинаково уверенно работающий в цеховых и трассовых условиях при питании как от стационарной сети так и от генератора.

Аппарат удачно сочетает в себе современные достижения в области техники и технологии сварки с простой и удобством эксплуатации.

Рис. 1 Форсирование: а - слабое форсирование; б - сильное форсирование

Рис. 2 Характеристика: а – крутая; б - пологая

Инверторные источники питания

Н.А.Юхин
Е.Н.Семенов
(Сварщик профессионал, ноябрь- декабрь, 2002, с.9-11.)

Для дуговой сварки инверторные источники питания выпускаются уже больше двух десятилетий. Однако до сего времени спрашивают: а в чем их особенности? каковы преимущества? в каких случаях они эффективны, а в каких нет?

Попытаемся ответить на эти вопросы.

Процесс дуговой сварки плавлением существует уже более 100 лет. Все это время источники питания дуги изменялись и совершенствовались. Путь от аккумуляторных батарей до электронных систем отразился и на свойствах дуги и на всем процессе сварки в целом.

Название источника питания	Блок-схема источника питания
Аккумуляторная батарея 1802-1890
Сварочный агрегат (мотор-генератор) 1887-1960
Сварочный трансформатор 1905-1970
Сварочный выпрямитель 1950-2000
Инверторный источник питания 1950-...

До сих пор в сварочном производстве используются традиционные источники питания: трансформаторы, сварочные преобразователи, сварочные агрегаты, выпрямители. У них есть несколько общих недостатков: повышенная энергоемкость, увеличенные масса и габариты, недостаточное быстродействие, узкий диапазон регулирования режима сварки. А кроме того, низкая частота преобразования (50 Гц).

При этом каждый из этих источников имеет и свои специфические недостатки. Например, трансформатор потребляет значительную реактивную мощность, нагрузка питающей сети в нем несимметрична, поскольку все сварочные трансформаторы однофазные.

Преобразователи и сварочные агрегаты тоже нельзя считать совершенными источниками. Вращающиеся части генератора создают шум, требуют сложного технического обслуживания.

С развитием полупроводниковой техники в 50-х годах появились сварочные выпрямители, которые имели улучшенные технические характеристики. Но и они по-прежнему оставались тяжелыми, громоздкими, инерционными и имели малый КПД.

Однако технический прогресс брал свое. Началось массовое освоение дуговой механизированной сварки проволокой сплошного сечения в защитных газах (MIG/MAG), появились автоматические и автоматизированные установки, для изготовления сварных металлоконструкций стали применять роботизированные комплексы. Для них потребовалось создать новое поколение источников питания сварочной дуги, которые должны были обеспечивать высокое быстродействие, гораздо меньше потреблять энергии, иметь широкий диапазон регулирования режимов сварки, а также универсальные внешние статические характеристики.

Тогда-то и вошли в обиход инверторные источники питания, (рис.1) которые с середины 80-х годов начали активно вытеснять традиционные.

Важную роль в появлении новых источников сыграло то, что как раз в это время началось серийное производство высокочастотных тиристоров. На их основе и были созданы электронные преобразователи электроэнергии с повышенной (до 50 кГц) - частотой коммутации.

Сердцевиной такого преобразователя является инвертор - электронный блок, преобразующий постоянный ток в переменный повышенной частоты.

Поясним принцип действия инвертора. Переменный ток промышленной частоты 50 Гц поступает на высокочастотный выпрямитель НВ, а затем на низкочастотный фильтр НФ. Полученный постоянный ток принудительно инвертируется (преобразуется) коммутированным инвертором ИН в переменный, но уже частоты 20-50 кГц, после чего трансформатором Тр достигаются величины, необходимые для сварки.

Высокочастотный выпрямитель ВВ выпрямляет переменный ток. Пройдя через выскочастотный фильтр ВФ, ток поступает на дугу.

Внешняя статическая характеристика (рис.2) формируется путем заведения обратных связей (ОС) по току и напряжению через блок обратных связей БОС. Характеристика делится на несколько характерных участков:

• Участок 1 обеспечивает высокое напряжение холостого хода, что способствует стабильному зажиганию дуги.
• Участок 2 позволяет вести полуавтоматическую или механизированную сварку.
• Участок 3 (падающий) реализует процесс сварки покрытым электродом или неплавящимся электродом в аргоне.
• Участок 4 обеспечивает наброс тока короткого замыкания, что исключает "примерзание" электрода при окончании сварки и
• заварке кратера.

При сооружении металлоемких сварных конструкций эффективной всегда считалась многопостовая сварка.(рис.3) На нулевом уровне устанавливали мощный источник питания на 1000 - 5000 А с "жесткой" статической характеристикой. Как правило, в качестве многопостового источника использовали сварочный преобразователь или выпрямитель. Развязку между постами, формирование падающей характеристики источника (она необходима для ручной дуговой сварки и регулирования режима на каждом из постов) обеспечивали балластные реостаты. На них терялось до 50% мощности, потребляемой для сварки. Кроме того, потери электроэнергии происходили в длинных сварочных кабелях из-за скруток, неправильно подобранных сечений и т.д.

Такая организация работ была неоправданно энергоемкой. Тем более, что электроэнергия дорожала и продолжает дорожать из года в год.

Иное сулил инверторный источник питания. Его можно приблизить непосредственно к рабочему месту сварщика. Организационное новшество сокращало длину сварочных кабелей и исключало из схемы балластные реостаты, хотя и увеличивало длину питающего сетевого провода.

Ясно, что транспортировка электроэнергии по сети с высоким напряжением предпочтительнее. В отношении такой схемы организации работ возникало только одно, но очень серьезное сомнение: как быть с электробезопасностью? Выход, однако, нашелся. Будучи укомплектованной УЗО (устройствами защитного отключения), распределительная система энергоснабжения становится абсолютно безопасной даже при повреждениях сетевого провода.

Сейчас наша промышленность оснащается инверторными источниками питания уже четвертого и пятого поколений. Преобразователями частоты служат уже не тиристоры и не транзисторы, а модули IGBT, отличающиеся высокой надежностью, и быстродействием, позволяющие достичь частоты преобразования 50 кГц.

О явном преимуществе инверторных источников питания говорит ежегодно растущая доля их выпуска в общем объеме приборов этого назначения. Так, в 2000 году в Европе среди всех выпущенных источников питания 70% пришлось на инверторные. Похожая картина наблюдается и у нас в стране.

Инверторные источники открывают новые перспективы организации сварочного производства, обещают мощный скачок его эффективности и качества.(рис.4)