Курсовая работа
Инверторные источники питания
Введение
инверторный сварочный индуктивный питание
Тема курсовой работы «Инверторные источники питания».
Актуальность данной темы является:
- хорошие массогабаритные характеристики;
- экономичность и высокий КПД;
- «навороты» типа горячий старт, антизалипание электрода;
- автоматический переход в режим пониженного потребления в паузах между сварками;
- возможность дистанционного беспроводного управления.
Объектом исследования курсовой работе выступает: Инверторный источник питания.
Предметом исследования является принцип действия сварочного инвертора и ее особенности.
Цель курсовой работы - изучить конструкцию сварочного инвертора и ее особенности, свойства и характеристики.
Для достижения указанной цели, в работе поставлены следующие задачи:
- изучить исторический аспект изобретения;
- изучить устройство сварочного инвертора;
- изучить принципиальную схему сварочного инвертора;
- перечислить типы сварочных инверторов;
- перечислить достоинства и недостатки сварочных инверторов.
1. Основная часть
1.1 Общие сведения
инверторный сварочный индуктивный питание
Сварочный инвертор - это один из видов источника питания сварочной дуги. Основное назначение всех сварочных источников - обеспечивать стабильное горение сварочной дуги и её легкий поджиг. Одним из самых важных параметров сварочного процесса является его устойчивость к колебаниям и помехам. Существует несколько видов источников питания сварочной дуги - трансформаторы, дизельные или бензиновые электрогенераторы, выпрямители и инверторы. Инверторный источник сварочного тока появился в XX веке, а в начале XXI века стал одним из самых популярных сварочных аппаратов для всех видов дуговой сварки.
Инвертором называется прибор, схема, или система, которая создает переменное напряжение при подключении источника постоянного напряжения. Существует другой способ определения: инверсия - функция обратная выпрямлению. Выпрямители преобразуют переменное напряжение в постоянное, а инверторы наоборот, превращают постоянное напряжение в переменное. Инвертор питается энергией от источника постоянного напряжения и выдает переменное напряжение, а выпрямитель подключен к источнику переменного напряжения и имеет на выходе постоянное напряжение.
1.2 История возникновения
В начале 60-ых годов ХХ века получили широкое применение полупроводниковые электроприборы. Именно в то время был изобретен первый импульсный преобразователь для сварки, по сути первый сварочный инвертор.
Впервые инверторный выпрямитель появился на рынке еще в 1977 году, и с тех пор его устройство очень изменилось, в соответствии с новыми технологиями в электронике.
Настоящий прорыв, который сделал такие устройства применимыми, произошел уже ближе к 90-ым годам, с внедрением ферромагнитных сплавов и возможности работать на ультравысоких частотах.
Уже в XXI веке, благодаря широкому распространению IGBT-транзисторов, инверторы стали еще меньше, а также, значительно дешевле. Конечно, и сейчас можно встретить дорогие «умные» машины, в которых используется микропроцессор для контроля параметров и полностью автоматической работы.
1.3 Принцип действия сварочного инвертора
1. Сварочный инвертор представляет собой малогабаритное устройство с питанием от обычной или промышленной сети переменного напряжения в 220 или 380 вольт. Он обеспечивает на выходе стабильный ток необходимой силы и напряжения, для возбуждения и поддержания сварочной дуги. При этом сварочный инвертор имеет множество настроек и очень удобен в работе.
2. Как известно, в обычной домашней электрической сети используется переменный ток с напряжением 220 вольт и с частотой 50 Гц. Такой электрический ток не подходит для сварочных работ, поэтому и нужен сварочный инвертор. Он преобразует напряжение и ток в подходящие для возбуждения и поддержания сварочной дуги. Кроме того, он позволяет изменять их в широких пределах.
3. При включении сварочного инвертора в сеть напряжение попадает на так называемый первичный выпрямитель. Здесь переменный ток превращается в постоянный того же напряжения - 220 вольт. Затем он поступает в инверторный блок.
4. Эта часть является одной из основных в устройстве сварочного инвертора. В инверторном блоке постоянный ток превращается снова в переменный, но он имеет частоту не 50 Гц, а несколько десятков килогерц. Здесь применяются мощные высокочастотные транзисторы и тиристоры.
5. Дальше уже высокочастотное напряжение поступает на трансформатор. Он понижает напряжение тока, одновременно повышая его силу. Здесь кроется секрет компактности сварочного инвертора - высокочастотные трансформаторы имеют гораздо меньшие размеры и массу по сравнению с низкочастотными.
Если бы напряжение не преобразовывалось в инверторном блоке, то трансформатор для частоты тока в 50 Гц был бы неприемлемо большим и тяжелым. Кроме того, потери тока в высокочастотном трансформаторе, в том числе уходящие на его нагрев, гораздо меньше, а это обеспечивает
более стабильную работу сварочного инвертора и больший коэффициент полезного действия - порядка 90%.
Следующий этап - вторичный выпрямитель, в котором переменный ток уже нужного напряжения снова преобразуется в постоянный. Затем он через кабель подается на сварочный электрод.
Но это только основы - на самом деле сварочный инвертор устроен гораздо сложнее. В его устройстве есть еще управляющие блоки на основе микропроцессоров. Они включены по принципу обратной связи-то есть реагируют на малейшее отклонение тока и напряжения от оптимальных, постоянно корректируя их. Эти блоки контролируют работу всех остальных узлов сварочного инвертора, обеспечивая его стабильную работу.
Такой жесткий контроль над током и напряжением позволяет получать самые разнообразные его характеристики. В зависимости от свариваемого металла или условий сварки можно устанавливать разнообразные вольтамперные характеристики тока.
Поэтому один сварочный инвертор можно применять для сварки практически любого металла.
Кроме того, сварочный инвертор позволяет менять полярность тока на электроде. При прямой полярности «плюс» подается на клемму, которая присоединяется к детали, и «минус» - к сварочному электроду. Однако иногда их нужно поменять - например, при сварке алюминия с обратной полярностью его прочная и тугоплавкая оксидная пленка легко разрушается и сварка намного упрощается. Сварочный инвертор позволяет менять полярность тока легко и просто.
1.4 Особенности сварочного аппарата инверторного типа
Самым основным достоинством, о котором говорилось выше, считается вес инвертора. Он в несколько раз меньше, чем у обычного сварочного аппарата. Кроме того, в качестве еще одного достоинства можно отметить возможность использования для выполнения сварочных работ электродов переменного, а также постоянного тока.
Этот показатель важен при работе с цветными металлами и чугунными деталями.
Инвертор для сварки оснащается специальной регулировкой силы сварочного тока. У нее достаточно широкий диапазон, что не характерно для сварочных агрегатов прошлого. Чем это хорошо? Тем, что появляется возможность использования сварки аргонодугового типа с помощью неплавящегося электрода.
Несколько полезных усовершенствований, которыми обладают современные сварочные инверторы.
а) Это наличие такой функции, как «горячий старт». Она создана для удобного поджига электрода. При ее включении возникает ток, обладающий максимальным значением.
б) Еще одна полезная функция предназначена для снижения силы сварочного тока до минимального показателя. Это необходимо при коротком замыкании, чтобы не возникло залипания электрода при контакте с рабочей поверхностью.
в) Но это еще не все, еще одно усовершенствование носит название «ARC FORCE», оно отвечает за предотвращение залипания в тот момент, когда происходит отрыв капли металла, сила тока увеличивается до оптимального параметра.
Сварка дугового характера - достаточно трудоемкая и ответственная работа. Чтобы выполнить ее на высоком уровне, рабочий (сварщик) должен иметь за своими плечами и опыт, и определенные знания. Создание сварочного аппарата инверторного характера намного упростило процесс сварки, чем исключило некоторые из имевшихся проблем.
а) Первая из них касается процесса поджигания дуги. У сварочных аппаратов прошлого (трансформаторного типа) напряжение на выходе является пропорциональным входному. Так как наши электрические сети не отличаются высоким стабильным напряжением, то возможность поджигания дуги становится очень сомнительной, так как при таких условиях происходит залипание электрода. Если же действовать методом добавления трансформаторного тока, то возникает ситуация пережигания металла.
б) Конструкция сварочного аппарата (инвертора) полностью противоположна трансформатору, в ней выходное напряжение не имеет зависимости от входного, и сила сварочного тока находится в стабильном состоянии, даже несмотря на низкое напряжение в сети. В результате этого вы получаете дугу устойчивого характера с отсутствием процесса залипания электродов.
в) Сварочные аппараты трансформаторного типа частенько дают результат в виде пережженного или недожженного металла. Зависит это от стабильности значения силы тока в процессе сварки. А она напрямую зависит от напряжения электросети. В случае пережженного металла шов будет некачественным, слабым и подверженным образованию различных дефектов, например появлению отверстий.
При противоположной ситуации, когда металл недожжен, опять же страдает качество шва. При работе со сварочным инвертором таких ситуаций не возникает, так как сила тока в нем не колеблется и остается стабильной на протяжении всего периода работы.
2. Разновидности сварочного инвертора
2.1 Последовательный инвертор
Электрическая схема, рабочие фазы и формы выходных сигналов последовательного инвертора изображены на рисунке 1. Такая схема называется последовательным инвертором, поскольку в ней нагрузочное сопротивление включено последовательно с емкостью. R - нагрузочное сопротивление, L и С - коммутационные элементы. Такой тип инвертора содержит два тиристора.
Рассмотрим подробнее фазы работы такой схемы.
Фаза I. Тиристор Т1 включается в момент времени to. Начинается заряд конденсатора от источника питания. Последовательная цепь R, L и С формирует синусоидальный ток через нагрузочное сопротивление и выполняет функцию демпфирующей цепи. Когда ток в цепи уменьшается до нуля, тиристор Т1 запирается.
Напряжение на нагрузочном сопротивлении находится в фазе с током тиристора. Формы напряжений VL и Vc можно получить с помощью теоремы Кирхгофа: (VL+ Vc = E), величины VL и Vc должны удовлетворять условиям этого уравнения.
Фаза II. Тиристор Т2 не должен включаться сразу после того, как ток через тиристор Г, уменьшится до нуля. Для лучшего запирания тиристора Т1, к нему необходимо приложить небольшое обратное напряжение. Если тиристор Т2 включается без запаздывания, или мертвая зона отсутствует, напряжение источника питания замыкается через открытые тиристоры Т1 и Тг. Если оба тиристора находятся в закрытом состоянии, то VR = 0, VL= 0, следовательно, L di/dt = 0 и конденсатор С остается незаряженным.
Фаза III. В момент времени t2 тиристор Т2 включается и инициирует отрицательный полупериод. Конденсатор разряжается через L, R и Т2. Следует заметить, что электрический ток через нагрузочное сопротивление R протекает в противоположном направлении. В момент времени, когда этот ток уменьшается до нуля, тиристор Т2 выключается. Формы напряжений VL и Vc можно получить с помощью теоремы Кирхгофа: (VL + Vc = 0), величины VL и Vc должны удовлетворять условиям этого уравнения.
а) электрическая схема;
б) фазы работы схемы;
в) формы напряжений и токов в цепях последовательного инвертора
Если тиристор Т1 запустить с задержкой на величину мертвого времени, вышеупомянутые процессы повторятся.
Преимущества:
а) Простая конструкция.
б) Выходное напряжение близко к синусоидальному.
Недостатки:
а) Индуктивность L и конденсатор С имеют большие габариты.
б) Источник питания используется только в течение положительного полупериода.
в) В выходном напряжении имеются высшие гармоники из-за наличия мертвой зоны