Інвертор зварювальний на постійному і змінному струмі. Автономний інвертор напруги. Принцип дії
Минулого основним видом з'єднання листового і профільного металу була клепка. Сварка як процес існувала у вигляді ковальського зварювання тиском. Подібний спосіб зварювання застосовувався ще в Петровські часи на флоті при куванні якорів. Лапи якоря з веретеном зварювалися за допомогою ручного ковальського молота. В даний час багато охочих мають в своїй домашній або гаражної майстерні сучасне зварювальне пристрій. в приватному будинку знімає масу дрібних проблем. З появою «чуда» зварювального обладнання, перетворювача інверторного типу, навчитися варити конструкційні стали, і низьколеговані сплави стало доступним широкому колу бажаючих.Інверторне пристрій для зварювання постійним струмом є ідеальний компактний зварювальний апарат. Висока якість горіння дуги і її стійкість забезпечуються високими показниками якості зварювального струму на виході інвертора. Багаторазове перетворення струму в инвертор (змінний струм в постійні і знову в змінний, плюс зміна частоти) видає на виході струм з мінімальними пульсуючими характеристиками. Зручне управління, автоматичне відключення при залипання електрода створюють великі зручності в роботі, особливо для початківців зварників. Хоча і професіонали віддають перевагу саме цьому типу зварювальних апаратів.
інвертор зварювальний постійного струму, Створений на принципі перетворення струмів високої частоти, не є суто побутовим приладом. На основі потужних пристроїв конструюються промислові агрегати для механізованих способів зварювання. Інверторні напівавтомати для зварювання в середовищі захисних газів здатні варити за технологією плавиться і не плавиться електродом. Зварювання неплавким електродом (вольфрамовий наконечник) в середовищі аргону широко використовується для з'єднання деталей і конструкцій з алюмінію і високолегованих сталей (нержавіюча сталь).
Зварювальні перетворювачі інверторного типу можна назвати пристроями нового покоління. Використовуючи в основі роботи інверторний принцип багаторазового перетворення струму, і імпульсно резонансний принцип роботи з струмами високої частоти, вони на кілька кроків випередили пристрої, засновані на звичайному, силовому перетворенні і диодном випрямленні змінного струму.
Почавши прогрес від ковальського молота і горнового нагрівання деталі, пристрої для з'єднання металевих деталей перетворилися в елегантні електронні зварювальні апарати.
Інвертори представляють собою перетворювачі постійної напруги в змінне. Основними елементами інверторів (і конверторів теж) є комутаційні прилади, які періодично переривають струм або змінюють його напрямок. Інвертори класифікують за типом комутуючого приладу (транзисторні або тиристорні), за родом перетворюється величини (інвертори струму або напруги), за принципом комутації (автономні або ведені мережею). Транзисторні інвертори використовуються при малих потужностях, що не перевищують сотні Вт, тиристорні - при великих потужностях і токах, що доходять до сотень ампер.
В перетворювальних установках інверторний режим може чергуватися з випрямним режимом, особливо в електроприводах постійного струму. У руховому режимі перетворювач працює як випрямляч, передаючи потужність двигуна постійного струму. При переході електродвигуна в генераторний режим (спуск вантажу, рух під ухил і т.п.) перетворювач працює як інвертор, віддаючи енергію постійного струму, що генерується електричної машиною, в мережу змінного струму. При інвертуванні джерело постійної напруги працює як генератор енергії, що характеризується тим, що напрямок цього ЕРС і струму збігаються, а навантаження змінного струму - як споживач, у якого ЕРС і струм зустрічного.
Інвертори, ведені мережею. На ріс.3.41 показано схема однофазного двухполуперіодного інвертора з нульовим виводом. Тиристори відмикаються по черзі схемою управління через кожну половину періоду a \u003d p, а замикання їх відбувається вторинним напругою U 2 трансформатора, створюваним мережею. Тому інвертор називається веденим. По відношенню до E тиристори включені в прямому напрямку. напруги U 2-1 , U 2-2 на вторинних обмотках періодично змінюють знак, в одну половину періоду складався з E, А в іншу - віднімаючи з нього. Енергія передається від інвертора в мережу змінного струму тоді, коли напрямок струму i 2 і змінної напруги U 2 протилежні, тобто коли і U 2 і Е Зустрічні.
Процес инвертирования можливий тільки тоді, коли U 2 > Е. У режимі інвертування U 2 (U 1) і I 2 (I 1) противофазно, що і є показником передачі енергії в мережу.
При a \u003d 0 (в загальному випадку при 0< a < p/2) инвертор может работать как выпрямитель.
Для перекладу схеми з режиму випрямлення в режим інвертування необхідно:
1) підключити джерело постійного струму полярністю, зворотної режиму випрямлення;
2) забезпечити відкривання тиристорів при негативної полярності напруги на полуобмоткі U 2-1 , U 2-2 .
Але якщо черговий тиристор відмикати точно при вугіллі управління a \u003d p, то інший тиристор ще не встигне закритися, тому що для закривання необхідно час, що дорівнює t викл тиристора. Тоді на час t викл утворюється ланцюг короткого замикання по ланцюгу: вторинна обмотка - закривається тиристор - джерело Е. Зазначене явище називають зривом инвертирования або перекиданням інвертора. Щоб уникнути цього небажаного процесу необхідно кут регулювання a зробити менше p на деякий кут b, Званий кутом випередження відмикання - ріс.3.42.
Кут випередження повинен бути достатнім для того, щоб могла відбутися комутація струмів тиристорів (період комутації γ) і для того, щоб після комутації закривається тиристор встиг відновити свої замикаючі властивості.
Потужність, що віддається в мережу інвертором, може регулюватися 3-ма способами: зміною кута випередження при постійному Е; зміною напруги джерела живлення Е при постійному випередженні b зміною напруги змінного струму U 2 .
автономний інвертор струму показаний на рис. 3.43. Джерело живлення Е працює в режимі джерела струму, через наявність дроселя L o великий індуктивності. тиристори T 1 , T 2 відкриваються поперемінно запускають імпульсами U вх.1, U вх.2, які надходять з системи управління.
Відкрившись, тиристор T 1 підключає ліву на кресленні полуобмоткі w 1-1 до джерела живлення Е і в ній виникає струм i т1. Цей струм наводить ЕРС у другій (правої) полуобмоткі w 1-2 і у вторинної обмотці w. конденсатор З до, заряджається до подвоєного значення напруги живлення Е. Після надходження вхідного керуючого імпульсу U вх.2 тиристор T 2 відкривається і напруга на конденсаторі замикає перший тиристор T 1. конденсатор З до, розряджається через первинну обмотку і деякий час ( t викл) - через обидва відкритих тиристора. Як тільки тиристор T 2 закриється, розряд З до, припиняється і починається його перезарядка до 2 Е інший полярністю.
В режимі холостого ходу при перемиканні тиристорів можуть виникнути великі перенапруги, несприятливо позначаються на тиристорах і конденсаторі. Щоб цього не сталося, застосовують вдосконалену схему з відсікають діодами.
Широке застосування зварювання в промисловості виразилося в бурхливому розвитку конструювання зварювальних апаратів на нових принципах роботи. А адже ще в недалекому
|
|
Інверторне пристрій для зварювання постійним струмом є ідеальний компактний зварювальний апарат. Висока якість горіння дуги і її стійкість забезпечуються високими показниками якості зварювального струму на виході інвертора. Багаторазове перетворення струму в инвертор (змінний струм в постійні і знову в змінний, плюс зміна частоти) видає на виході струм з мінімальними пульсуючими характеристиками. Зручне управління, автоматичне відключення при залипання електрода створюють великі зручності в роботі, особливо для початківців зварників. Хоча і професіонали віддають перевагу саме цьому типу зварювальних апаратів.
Інвертор зварювальний постійного струму, створений на принципі перетворення струмів високої частоти, не є суто побутовим приладом. На основі потужних пристроїв конструюються промислові агрегати для механізованих способів зварювання. Інверторні напівавтомати для зварювання в середовищі захисних газів здатні варити за технологією плавиться і не плавиться електродом. Зварювання неплавким електродом (вольфрамовий наконечник) в середовищі аргону широко використовується для з'єднання деталей і конструкцій з алюмінію і високолегованих сталей (нержавіюча сталь).
Зварювальні перетворювачі інверторного типу можна назвати пристроями нового покоління. Використовуючи в основі роботи інверторний принцип багаторазового перетворення струму, і імпульсно резонансний принцип роботи з струмами високої частоти, вони на кілька кроків випередили пристрої, засновані на звичайному, силовому перетворенні і диодном випрямленні змінного струму.
Почавши прогрес від ковальського молота і горнового нагрівання деталі, пристрої для з'єднання металевих деталей перетворилися в елегантні електронні зварювальні апарати.
Для перетворення постійного струму в змінний застосовують спеціальні електронні силові пристрої, які називаються инверторами. Найчастіше інвертор перетворює постійну напругу однієї величини в змінна напруга інший величини.
Таким чином, інвертор - це генератор періодично змінюється напруги, при цьому форма напруги може бути синусоїдальної, наближеною до синусоїдальної або імпульсної. Інвертори застосовують як в якості самостійних пристроїв, так і в складі систем безперебійного електропостачання (UPS).
У складі джерел безперебійного живлення (ІБП), інвертори дозволяють, наприклад, отримати безперервне електропостачання комп'ютерних систем, і якщо в мережі напруга раптово пропаде, то інвертор миттєво почне живити комп'ютер енергією, одержуваної від резервного акумулятора. По крайней мере, користувач встигне коректно завершити роботу і вимкнути комп'ютер.
У більших пристроях безперебійного електропостачання застосовуються більш потужні інвертори з акумуляторами значної ємності, здатні автономно живити споживачі годинами, незалежно від мережі, а коли мережу знову повернеться в нормальний стан, ДБЖ автоматично перемкне споживачі безпосередньо до мережі, а акумулятори почнуть заряджатися.
Технічна сторона
В сучасних технологіях перетворення електроенергії інвертор може виступати лише проміжною ланкою, де його функція - перетворити напругу шляхом трансформації на високій частоті (десятки і сотні кілогерц). Благо, на сьогоднішній день вирішити таке завдання можна легко, адже для розробки і конструювання інверторів доступні як напівпровідникові ключі, здатні витримувати струми в сотні ампер, так і магнітопроводи необхідних параметрів, і спеціально розроблені для інверторів електронні мікроконтролери (включаючи резонансні).
Вимоги до інверторів, як і до інших силових пристроїв, включають: високий ККД, надійність, як можна менші габаритні розміри і вага. Також необхідно щоб інвертор витримував допустимий рівень вищих гармонік у вхідному напрузі, і не створював неприйнятно сильних імпульсних перешкод для споживачів.
У системах з «зеленими» джерелами електроенергії (сонячні батареї, вітряки) для подачі електроенергії безпосередньо в загальну мережу, застосовують Grid-tie - інвертори, здатні працювати синхронно з промислової мережею.
В процесі роботи інвертора напруги, джерело постійної напруги періодично підключається до ланцюга навантаження з чергуванням полярності, при цьому частота підключень і їх тривалість формується керуючим сигналом, який надходить від контролера.
Контролер в инверторе зазвичай виконує кілька функцій: регулювання вихідної напруги, синхронізація роботи напівпровідникових ключів, захист схеми від перевантаження. Принципово інвертори діляться на: автономні інвертори (інвертори струму та інвертори напруги) і залежні інвертори (ведені мережею, Grid-tie і т.д.)
схемотехніка інверторів
Напівпровідникові ключі інвертора керуються контролером, мають зворотні шунтуючі діоди. Напруга на виході інвертора, в залежності від поточної потужності навантаження, регулюється автоматичним зміною ширини імпульсу в блоці високочастотного перетворювача, в найпростішому випадку це.
Напівхвилі вихідного низькочастотної напруги повинні бути симетричними, щоб ланцюга навантаження ні в якому разі не отримали значної постійної складової (для трансформаторів це особливо небезпечно), для цього ширина імпульсу НЧ-блоку (в найпростішому випадку) робиться постійною.
В управлінні вихідними ключами інвертора, застосовується алгоритм, що забезпечує послідовну зміну структур силового ланцюга: Пряма, короткозамкнутая, інверсна.
Так чи інакше, величина миттєвої потужності навантаження на виході інвертора має характер пульсацій з подвоєною частотою, тому первинне джерело повинен допускати такий режим роботи, коли через нього течуть пульсуючі струми, і витримувати відповідний рівень перешкод (на вході інвертора).
Якщо перші інвертори були виключно механічними, то сьогодні є безліч варіантів схем інверторів на напівпровідниковій базі, а типових схем всього три: бруківка без трансформатора, двухтактная з нульовим виводом трансформатора, бруківка з трансформатором.
Мостова схема без трансформатора зустрічається в пристроях безперебійного живлення потужністю від 500 ВА і в автомобільних инверторах. Двотактна схема з нульовим виводом трансформатора використовується в малопотужних ДБЖ (для комп'ютерів) потужністю до 500 ВА, де напруга на резервному акумуляторі становить 12 або 24 вольта. Мостова схема з трансформатором застосовується в потужних джерелах безперебійного живлення (на одиниці і десятки кВА).
В інверторах напруги з прямокутною формою на виході, група ключів із зворотними діодами комутується так, щоб отримати на навантаженні змінну напругу і забезпечити контрольований режим циркуляції в ланцюзі.
За пропорційність вихідної напруги відповідають: відносна тривалість імпульсів або зсув фаз між сигналами управління групами ключів. У неконтрольованому режимі циркуляції реактивної енергії, споживач впливає на форму і величину напруги на виході інвертора.
В інверторах напруги із ступінчастим формою на виході, попередній високочастотний перетворювач формує однополярну ступінчасту криву напруги, грубо наближену за своєю формою до синусоїді, період якої дорівнює половині періоду вихідної напруги. Потім бруківка НЧ-схема перетворює однополярну ступінчасту криву в дві половинки різнополярною кривої, грубо нагадує за формою синусоїду.
В інверторах напруги з синусоїдальної (або майже синусоїдальної) формою на виході, попередній високочастотний перетворювач генерує постійну напругу близьке за величиною до амплітуди майбутньої синусоїди на виході.
Після цього бруківка схема формує з постійної напруги змінне низької частоти, шляхом багаторазового ШІМ, коли кожна пара транзисторів на кожному напівперіод формування вихідний синусоїди відкривається кілька разів на час, змінюється за гармонійним законом. Потім НЧ-фільтр виділяє з отриманої форми синус.
Найпростіші схеми попереднього високочастотного перетворення в інверторах є автогенераторного. Вони досить прості в плані технічної реалізації і досить ефективні на малих потужностях (до 10-20 Вт) для живлення навантажень не критичних до процесу подачі енергії. Частота автогенераторів не більше 10 кГц.
Позитивний зворотний зв'язок в таких пристроях виходить від насичення муздрамтеатру трансформатора. Але для потужних інверторів такі схеми не прийнятні, оскільки втрати в ключах зростають, і ККД виходить в результаті низьким. Тим більше, будь-КЗ на виході зриває автоколебания.
Більш якісні схеми попередніх високочастотних перетворювачів - це обратноходового (до 150 Вт), двотактні (до 500 Вт), полумостового і мостові (більше 500 Вт) на ШІМ контролерах, де частота перетворення досягає сотень кілогерц.
Типи інверторів, режими роботи
Однофазні інвертори напруги поділяються на дві групи: з чистим синусом на виході і з модифікованої синусоїдою. Більшість сучасних приладів допускають спрощену форму мережевого сигналу (модифіковану синусоїду).
Чистий же синусоїда важлива для приладів, у яких на вході є електродвигун або трансформатор, або якщо це спеціальний пристрій, що працює тільки з чистою синусоїдою на вході.
Трифазні інвертори зазвичай використовуються для створення трифазного струму для електродвигунів, наприклад, для харчування. При цьому обмотки двигуна безпосередньо підключаються до виходу інвертора. За потужністю інвертор вибирають виходячи з пікового значення оной для споживача.
Взагалі, існує три робочих режиму інвертора: пусковий, тривалий і режим перевантаження. У пусковому режимі (заряд ємності, пуск холодильника) потужність може на частку секунди дворазово перевищити номінал інвертора, це допустимо для більшості моделей. Тривалий режим - відповідний номіналом інвертора. Режим перевантаження - коли потужність споживача в 1,3 рази перевищує номінал - в такому режимі середній інвертор може працювати приблизно півгодини.