Invertersko zavarivanje za istosmjernu i izmjeničnu struju. Autonomni pretvarač napona. Princip rada
U prošlosti je zakivanje bilo glavna vrsta spajanja lima i profila. Zavarivanje kao postupak postojalo je u obliku kovačkog zavarivanja pod pritiskom. Slična metoda zavarivanja korištena je još u doba Petra Velikog u mornarici prilikom kovanja sidra. Noge sidra vretena zavarene su ručnim kovačkim čekićem. Danas mnogi prisutni imaju moderan uređaj za zavarivanje u svom domu ili u garaži. u privatnoj kući uklanja puno manjih problema. Pojavom "čuda" opreme za zavarivanje, pretvarač inverterskog tipa, učenje kuhanja strukturnih čelika i niskolegiranih legura postalo je dostupno širokom krugu ljudi.DC inverterski aparat za zavarivanje idealan je kompaktni aparat za zavarivanje. Visoka kvaliteta izgaranja luka i njegova stabilnost osigurani su najvišim pokazateljima kvalitete struja zavarivanja na izlazu pretvarača. Višestruka pretvorba struje u pretvaraču (izmjenična u istosmjernu struju i opet u izmjeničnu struju, plus promjena frekvencije) daje struju s minimalnim karakteristikama mreškanja. Prikladno upravljanje, automatsko isključivanje kad se elektroda zalijepi, stvaraju veliku praktičnost u radu, posebno za početnike zavarivače. Iako profesionalci također preferiraju ovu vrstu aparata za zavarivanje.
Pretvarač za zavarivanje istosmjerna struja, stvoren na principu pretvaranja visokofrekventnih struja, nije čisto kućanski aparat. Na temelju moćnih uređaja dizajnirane su industrijske jedinice za mehanizirane metode zavarivanja. Inverterski poluautomatski uređaji za zavarivanje u zaštićenim plinovima mogu zavarivati \u200b\u200btehnologijom potrošnih i nepotrošnih elektroda. Zavarivanje nepotrošivom elektrodom (volframov vrh) u argonu široko se koristi za spajanje dijelova i konstrukcija izrađenih od aluminija i visokolegiranih čelika (nehrđajući čelik).
Inverterski pretvarači za zavarivanje možemo nazvati uređajima nove generacije. Koristeći inverterski princip višestruke pretvorbe struje i impulsno-rezonantni princip rada s visokofrekventnim strujama u središtu svog rada, bili su nekoliko koraka ispred uređaja temeljenih na konvencionalnoj pretvorbi snage i diodnom ispravljanju izmjenične struje.
Napredujući od čekića za kovanje i grijanja dijela kovanja, metalni uređaji za spajanje razvili su se u elegantne elektroničke aparate za zavarivanje.
Pretvarači su pretvarači stalni napon u varijablu. Glavni elementi pretvarača (i pretvarača također) su sklopni uređaji koji povremeno prekidaju struju ili mijenjaju njezin smjer. Pretvarači se klasificiraju prema vrsti sklopnog uređaja (tranzistor ili tiristor), prema vrsti pretvorene vrijednosti (pretvarači struje ili napona), prema principu prebacivanja (autonomno ili upravljano mrežom). Tranzistorski pretvarači koriste se pri malim snagama, ne većim od stotina vata, tiristorski - pri velikim snagama i strujama, dosežući stotine ampera.
U pogonima pretvarača način pretvarača može se izmjenjivati \u200b\u200bs načinom ispravljača, posebno u istosmjernim pogonima. U motornom načinu rada pretvarač djeluje kao ispravljač, prenoseći snagu na istosmjerni motor. Kad se električni motor prebaci u način rada generatora (spuštanje tereta, kretanje nizbrdo, itd.), Pretvarač radi kao pretvarač, prenoseći istosmjernu energiju koju generira električni stroj u mrežu izmjeničnog napona. Kada se invertira, izvor stalnog napona radi kao generator energije, karakteriziran činjenicom da se smjer ovog EMF-a i struje poklapaju, a izmjenično opterećenje - kao potrošač, čiji su EMF i struja suprotni.
Mrežni pretvarači. Na slici 3.41 prikazan je jednofazni pretvarač s punim valom nultog izlaza. Tiristori se naizmjenično otključavaju upravljačkim krugom svake polovice razdoblja a \u003d p, a zaključavaju ih sekundarni napon U 2 transformatora koje generira mreža. Stoga se pretvarač naziva slave. Prema E tiristori su uključeni u smjeru prema naprijed. napon U 2-1 , U 2-2 na sekundarnim namotima povremeno mijenja znak, u polovici razdoblja zbrajajući E, a u drugom - oduzimanjem od njega. Energija se prenosi iz pretvarača u izmjeničnu mrežu kada je smjer struje ja 2 i izmjenični napon U 2 su suprotni, t.j. kada i U 2 i E primicanje.
Postupak invertiranja moguć je samo kada U 2 > E... U obrnutom načinu U 2 (U 1) i Ja 2 (Ja 1) su antifazni, što je pokazatelj prijenosa energije u mrežu.
Za a \u003d 0 (u općenitom slučaju za 0< a < p/2) инвертор может работать как выпрямитель.
Da biste krug prebacili iz načina ispravljanja u način invertiranja, morate:
1) spojiti izvor konstantne struje s polaritetom suprotno načinu ispravljanja;
2) osigurati otvaranje tiristora s negativnim polaritetom napona na polovičnim namotima U 2-1 , U 2-2 .
Ali ako je sljedeći tiristor otključan točno pod upravljačkim kutom a \u003d p, tada se drugi tiristor neće imati vremena zatvoriti, jer vrijeme zatvaranja je jednako t s tiristora. Zatim neko vrijeme t duž kruga nastaje kratki spoj: sekundarni namot - zasun tiristor - izvor E... Ova pojava naziva se inverter stall ili inverter rollover. Da bi se izbjegao ovaj neželjeni postupak, potrebno je napraviti kontrolni kut manji od p za neki kut b, nazvan kutom napredovanja otključavanja - slika 3.42.
Kut napredovanja mora biti dovoljan da se tiristorske struje prebace (razdoblje uključivanja γ) i da nakon prebacivanja zatvarajući tiristor ima vremena za obnavljanje svojstava blokiranja.
Snaga koju mrežni pretvarač pretvara u mrežu može se regulirati na 3 načina: promjenom konstantnog kuta olova E; promjenom napona napajanja E uz konstantan napredak b Varijacija izmjeničnog napona U 2 .
Samostalni pretvarač struja je prikazana na sl. 3.43. Napajanje E radi u trenutnom načinu rada zbog prisutnosti prigušnice L o velika induktivnost. Tiristori T 1 , T 2 otvaraju se naizmjenično aktiviranjem impulsa U ulaz 1, U ulaz 2 koji dolazi iz upravljačkog sustava.
Otvoreni tiristor T 1 spaja lijevu polovicu namota na crtežu w 1-1 na napajanje E i u njemu nastaje struja ja t1. Ova struja inducira EMF u drugom (desnom) namotu w 1-2 i tijekom sekundarni namot w. Kondenzator IZ k, puni se na dvostruku vrijednost napona napajanja E. Nakon dolaska ulaznog upravljačkog impulsa U ulaz 2 tiristor T 2 otvara se i napon na kondenzatoru isključuje prvi tiristor T jedan . Kondenzator IZ do, ispuštanja kroz primarni namot i neko vrijeme ( t isključeno) - kroz oba otvorena tiristora. Jednom tiristor T 2 će se zatvoriti, isprazniti IZ do, zaustavlja se i počinje puniti do 2 E drugačiji polaritet.
U načinu rada prazan hod pri prebacivanju tiristora mogu se pojaviti veliki prenaponi koji negativno utječu na tiristore i kondenzator. Da se to ne bi dogodilo, koristi se poboljšani krug s odsječenim diodama.
Raširena uporaba zavarivanja u industriji izrazila se u brzom razvoju dizajna strojeva za zavarivanje temeljenih na novim principima rada. Ali čak i u blizini
|
|
DC inverterski aparat za zavarivanje idealan je kompaktni aparat za zavarivanje. Visoku kvalitetu izgaranja luka i njegovu stabilnost osiguravaju najkvalitetniji pokazatelji zavarivačke struje na izlazu pretvarača. Višestruka pretvorba struje u pretvaraču (izmjenična u istosmjernu struju i opet u izmjeničnu struju, plus promjena frekvencije) daje struju s minimalnim karakteristikama mreškanja. Prikladno upravljanje, automatsko isključivanje kada se elektroda zalijepi stvara veliku praktičnost u radu, posebno za zavarivače početnike. Iako profesionalci također preferiraju ovu vrstu aparata za zavarivanje.
Pretvarač istosmjernog zavarivanja, stvoren na principu pretvaranja visokofrekventnih struja, nije isključivo kućanski uređaj. Na temelju moćnih uređaja dizajnirane su industrijske jedinice za mehanizirane metode zavarivanja. Inverterski poluautomatski uređaji za zavarivanje u zaštićenim plinovima mogu zavarivati \u200b\u200btehnologijom potrošnih i nepotrošnih elektroda. Zavarivanje nepotrošivom elektrodom (volframov vrh) u argonu široko se koristi za spajanje dijelova i konstrukcija izrađenih od aluminija i visokolegiranih čelika (nehrđajući čelik).
Inverterski pretvarači za zavarivanje možemo nazvati uređajima nove generacije. Koristeći inverterski princip višestruke pretvorbe struje i impulsno-rezonantni princip rada s visokofrekventnim strujama u središtu svog rada, bili su nekoliko koraka ispred uređaja temeljenih na konvencionalnoj pretvorbi snage i diodnom ispravljanju izmjenične struje.
Napredujući od čekića za kovanje i grijanja dijela kovanja, metalni uređaji za spajanje razvili su se u elegantne elektroničke aparate za zavarivanje.
Za pretvaranje istosmjerne struje u izmjeničnu koriste se posebni elektronički uređaji za napajanje koji se nazivaju pretvarači. Invertor najčešće pretvara stalni napon od jedne veličine u izmjenični napon druge veličine.
Tako, pretvarač je generator povremeno mijenjajućeg napona, dok valni oblik napona može biti sinusoidan, blizak sinusnom ili impulsni... Pretvarači se koriste i kao neovisni uređaji i kao dio sustava neprekidnog napajanja (UPS).
Izvori neprekidni izvor napajanja (UPS), pretvarači omogućuju, na primjer, nesmetano napajanje računalnih sustava, a ako napon iznenada nestane u mreži, pretvarač će odmah početi opskrbljivati \u200b\u200bračunalo energijom dobivenom iz rezervne baterije. Korisnik će barem imati vremena da elegantno isključi i isključi računalo.
U većim uređajima za neprekidno napajanje koriste se snažniji pretvarači s baterijama velikog kapaciteta koji mogu satima autonomno opskrbljivati \u200b\u200bpotrošače, bez obzira na mrežu, a kada se mreža vrati u normalu, UPS će potrošače automatski prebaciti izravno na mrežu, i baterije će se početi puniti.
Tehnička strana
U moderne tehnologije pretvarajući električnu energiju, pretvarač može djelovati samo kao međupoveznica, pri čemu je njegova funkcija pretvaranje napona pretvorbom na visokoj frekvenciji (deseci i stotine kiloherca). Srećom, danas se taj problem može lako riješiti, jer za razvoj i dizajn pretvarača, i poluvodičke sklopke sposobne izdržati struje stotina ampera, magnetske jezgre potrebnih parametara i elektronički mikrokontroleri posebno dizajnirani za pretvarače (uključujući i rezonantne) su dostupni.
Zahtjevi za pretvarače, kao i za ostale uređaje za napajanje, uključuju: visoku učinkovitost, pouzdanost, što je moguće nižu dimenzije i težine. Također je potrebno da pretvarač podnese dopuštenu razinu viših harmonika u ulaznom naponu i da ne stvara neprihvatljivo jaku impulsnu buku za potrošače.
U sustavima s "zelenim" izvorima električne energije (solarni paneli, vjetrenjače) za opskrbu električnom energijom izravno u opću mrežu koriste se Grid-tie - pretvarači koji mogu raditi sinkrono s industrijskom mrežom.
Tijekom rada pretvarača napona, na krug opterećenja s izmjeničnom polarnošću povremeno se povezuje izvor stalnog napona, dok frekvenciju veza i njihovo trajanje oblikuje upravljački signal koji dolazi iz regulatora.
Regulator u pretvaraču obično izvodi nekoliko funkcija: podešavanje izlaznog napona, sinkronizacija rada poluvodičkih prekidača, zaštitu kruga od preopterećenja. U principu se pretvarači dijele na: samostalne pretvarače (pretvarači struje i napona) i ovisne pretvarače (mrežni pogon, mrežni kabel itd.)
Strujni krug pretvarača
Poluvodičkim prekidačima pretvarača upravlja regulator i imaju obrnute diode. Napon na izlazu pretvarača, ovisno o trenutnoj snazi \u200b\u200bopterećenja, regulira se automatskom promjenom širine impulsa u visokofrekventnoj jedinici pretvarača, u najjednostavnijem slučaju.
Poluvalovi izlaznog niskofrekventnog napona moraju biti simetrični tako da krugovi opterećenja ni u kojem slučaju ne primaju značajnu istosmjernu komponentu (za transformatore je to posebno opasno), za to je širina impulsa LF jedinice (u najjednostavniji slučaj) postaje konstantna.
U upravljanju izlaznim tipkama pretvarača koristi se algoritam koji osigurava sekvencijalnu promjenu struktura strujni krug: ravno, kratko spojeno, inverzno.
Na ovaj ili onaj način, vrijednost trenutne snage opterećenja na izlazu pretvarača ima karakter mreškanja s udvostručenom frekvencijom, stoga primarni izvor mora dopustiti takav način rada kad kroz njega prolaze mreškaste struje i izdržati odgovarajuća razina smetnji (na ulazu pretvarača).
Ako su prvi pretvarači bili isključivo mehanički, danas postoji mnogo opcija za sheme pretvarača temeljenih na poluvodičima, a postoje samo tri tipične sheme: most bez transformatora, push-pull s nultom stezaljkom transformatora, most s transformatorom.
Krug mosta bez transformatora nalazi se u neprekidnim napajanjima snage 500 VA i u automobilskim pretvaračima. Push-pull krug s terminalima nultog transformatora koristi se u UPS-ovima male snage (za računala) kapaciteta do 500 VA, gdje je napon na rezervnoj bateriji 12 ili 24 volta. Krug mosta s transformatorom koristi se u moćni izvori besprekidno napajanje (za jedinice i desetke kVA).
U pretvaračima napona pravokutnog oblika na izlazu, skupina sklopki s diodama sa slobodnim kotačima prebacuje se tako da se dobije izmjenični napon na opterećenju i da se osigura način kontrolirane cirkulacije u krugu.
Za proporcionalnost izlaznog napona odgovorni su: relativno trajanje upravljačkih impulsa ili fazni pomak između upravljačkih signala ključnih skupina. U nekontroliranom načinu cirkulacije reaktivne energije, potrošač utječe na oblik i veličinu napona na izlazu pretvarača.
U pretvaračima napona s stepeničastim oblikom na izlazu, visokofrekventni pretvarač oblikuje jednopolarnu krivulju napona koraka, koji se svojim oblikom približno približava sinusoidi, čije je razdoblje polovica razdoblja izlaznog napona. LF krug mosta zatim pretvara unipolarnu stepenastu krivulju u dvije polovice bipolarne krivulje koja otprilike podsjeća na sinusni val.
U pretvaračima napona sinusnog (ili gotovo sinusoidnog) oblika na izlazu, visokofrekventni pretvarač generira konstantni napon blizu veličine po veličini do amplitude budućeg sinusoida na izlazu.
Nakon toga, mostni sklop formira varijablu niske frekvencije od konstantnog napona, višestrukim PWM-om, kada se svaki par tranzistora u svakom poluciklulu izlaznog sinusnog vala otvara nekoliko puta tijekom vremena koje varira prema harmoničkom zakonu. Tada niskopropusni filtar izvlači sinus iz rezultirajućeg oblika.
Najjednostavniji visokofrekventni krugovi pretvorbe u pretvaračima se sami generiraju. Prilično su jednostavni u tehničkom smislu i vrlo su učinkoviti pri malim snagama (do 10-20 W) za opskrbu opterećenjima koja nisu kritična za proces opskrbe energijom. Frekvencija oscilatora nije veća od 10 kHz.
Pozitivne povratne informacije kod takvih uređaja dobivaju se zasićenjem magnetskog kruga transformatora. No, za moćne pretvarače takvi shemi nisu prihvatljivi, jer se gubici u tipkama povećavaju, a učinkovitost je u konačnici niska. Štoviše, svaki kratki spoj na izlazu razbija samo-oscilacije.
Bolji krugovi preliminarnih visokofrekventnih pretvarača su povratni (do 150 W), push-pull (do 500 W), polu-most i most (više od 500 W) na PWM kontrolerima, gdje frekvencija pretvorbe doseže stotine kiloherca .
Vrste pretvarača, načini rada
Jednofazni pretvarači napona podijeljeni su u dvije skupine: s čistim sinusnim valom na izlazu i s modificiranim sinusnim valom. Većina modernih uređaja omogućuje pojednostavljeni oblik mrežnog signala (modificirani sinusni val).
Čisti sinusni val važan je za uređaje koji na ulazu imaju elektromotor ili transformator ili ako je ovo poseban uređaj koji radi samo s čistim sinusnim valom na ulazu.
Za izradu se obično koriste trofazni pretvarači trofazna struja za električne motore, na primjer za napajanje. U tom su slučaju namoti motora izravno povezani s izlazom pretvarača. Što se tiče snage, pretvarač se odabire na temelju njegove vršne vrijednosti za potrošača.
Općenito postoje tri načina rada pretvarača: pokretanje, kontinuirano i preopterećenje. U načinu pokretanja (punjenje kapaciteta, pokretanje hladnjaka), snaga može udvostručiti ocjenu pretvarača za djelić sekunde, što je dopušteno za većinu modela. Neprekidni način rada - odgovara nazivu pretvarača. Preopterećeni način rada - kada je snaga potrošača 1,3 puta veća od nominalne - u ovom načinu rada prosječni pretvarač može raditi oko pola sata.