Возбудитель последовательного включения более эффективен, чем возбудитель параллельного включения. В первом в дуговом промежутке после пробоя выделяется почти вся энергия, накопленная в колебательном контуре генератора (небольшая часть ее расходуется в шунтирующем конденсаторе), во втором значительная часть энергии расходуется в фильтрах высоких и низких частот, часть энергии расходуется на внутреннем сопротивлении контура. Важным достоинством возбудителей последовательного включения является то, что они не требуют установки в цепи источника питания дополнительных элементов для защиты от высокого напряжения (конденсатор защиты обычно включается в состав возбудителя), в то время как возбудители параллельного включения нуждаются в отдельном фильтре высоких частот.
2.КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ
Важнейшими выходными параметрами возбудителя являются выходное напряжение, энергия импульса и ток возбуждаемой дуги.
По выходному напряжению различаются возбудители на 3-5 кВ для аргонодуговой сварки и на 10-20 кВ для воздушно-плазменной резки.
Анализ существующих осцилляторов показывает, что энергия импульса в них изменяется от 0,01 до 0,2 - 0,3 Дж. В возбудителях последних лет энергия импульса доведена почти до 1 Дж. Этот параметр определяет возможности возбудителя и требования к источнику питания дуги. Возбудители с малой энергией импульса (до 0,2 Дж) не обеспечивали возбуждения дуги в установках для воздушно-плазменной резки и плазменной сварки в углекислом газе.
По току возбуждаемой дуги маркируются возбудители последовательного включения или защитные дроссели возбудителей параллельного включения. Возбудители, предназначенные для возбуждения вспомогательной дуги в плазменных установках, рассчитаны, как правило, на малый действующий ток дуги (до 10 А с учетом ПН). Возбудители для возбуждения основной дуги должны вписываться по току в ряд номинальных токов сварочных установок (обычно 200, 315 и 500 А при ПН=60%).
По конструктивному исполнению различаются возбудители переносные, встраиваемые и универсальные. Как правило, переносные возбудители стремятся изготовлять в виде моноблочного прибора (ОСП3-2М, ВИР-101), для встроенных, наоборот, характерно многоблочное исполнение. Универсальные возбудители, предназначенные как для переноски, так и для размещения внутри шкафов управления технологической установкой, выполняются в виде 1-2 блоков.
Промышленность выпускает несколько различных типов возбудителей дуги. Для сварки выпускаются осциллятор типа ОСПП3-300-М и возбудитель УПД-1 для последовательного включения и осциллятор ОСП3-2М для параллельного включения. Осцилляторы ОСПП3 и ОСП3 принадлежат к возбудителям, питающимся от сети переменного тока 220 В, с непрерывным питанием, с искровым высокочастотным генератором. Технические данные этих возбудителей приведены в табл. 1.
Устройство поджига дуги УПД-1 представляет собой импульсный возбудитель, генерирующий импульсы с частотой 100 Гц. Его важной особенностью является отсутствие коммутатора (разрядника) на стороне высокого напряжения, где контур возбуждается методом ударного возбуждения. Важным результатом этого является низкий уровень помех, создаваемых этим устройством.
Для плазменной резки выпускаются модификация возбудителя УПД-1 и возбудитель ВИР-101. Последний принадлежит к типу возбудителей с питанием непосредственно от цепи дуги постоянного тока и автоматически прекращает работу после возбуждения.
Генерация высокого напряжения в нем осуществляется путем разряда емкостного накопителя через импульсный трансформатор; на стороне высокого напряжения размещен высоковольтный искровой генератор. Его технические данные приведены в табл. 1.
Осциллятор ОСП3-2М (рис. 1.) является типичным осциллятором непрерывного действия, предназначенным для параллельного подключения. Осциллятор питается от сети переменного тока через предохранитель F1, помехозащитный фильтр (ПЗФ). Источником высокого напряжения служит трансформатор низкой частоты TV1.
Разрядник FV, конденсатор Cр и первичная обмотка трансформатора высокой частоты образуют колебательный контур высокочастотного генератора. Проходной конденсатор Cп образует фильтр низких частот. Предохранитель F2 защищает обмотку трансформатора TV2 при пробое конденсатора Cп.
Возбудитель ВИС-501 и ВИР-101 (рис. 2.) представляют собой устройства для возбуждения дуги постоянного тока, питающиеся от цепи дуги через предохранитель F.
Резисторы R1, R2, конденсатор C и диодный тиристор (динистор) VS1 образуют релаксатор, при срабатывании которого конденсатор C разряжается через управляющую цепь тиристора VS2.
При этом тиристор открывается и разряжает через первичную обмотку импульсного трансформатора T1 заряженный через дроссель L и диод VD накопительный конденсатор Cн. Разрядник FV, конденсатор C и дроссель Lф образуют генератор высокой частоты; конденсатор Cф совместно с дросселем Lф образуют фильтр высоких частот.
Для возбуждения и стабилизации горения дуги переменного тока выпускается возбудитель-стабилизатор дуги ВСД-01.
3.СТАБИЛИЗАТОРЫ ГОРЕНИЯ ДУГИ
Стабилизатор горения дуги является необходимым элементом оборудования для дуговой сварки неплавящимся электродом на переменном токе промышленной частоты.
Его задача - обеспечение повторного возбуждения дуги при смене полярности с прямой на обратную. Требования к стабилизатору определяются необходимостью перехода разряда из тлеющего в дуговой через стадию аномального тлеющего разряда. Стабилизатор должен генерировать импульсы достаточной энергии и длительности, чтобы обеспечить повторное возбуждение дуги. Стабилизатор, кроме того, не должен быть опасен для сварщика и оборудования. Обычно амплитуда импульса напряжения стабилизатора достигает 400-600 В. На это напряжение должны быть рассчитаны все элементы, присоединенные к сварочной сети, в том числе и полупроводниковые, например тиристоры.
Активными называют стабилизаторы, в которых энергия импульса накоплена в каком-либо накопителе (индуктивном или емкостном) и вводится в цепь дуги по команде управляющего устройства. В пассивных стабилизаторах импульс генерируется за счет процессов, происходящих в цепи дуги.
Практическое распространение получили лишь стабилизаторы активного типа. По тем же причинам, что и для возбудителей, широко применяются стабилизаторы с емкостным накопителем.
Важнейшей частью стабилизатора является схема управления моментом генерации импульса. Импульс стабилизатора должен генерироваться после смены полярности дугового напряжения с некоторой задержкой, определяемой временем развития тлеющего разряда. Возможны два пути генерирования импульса управления: потенциальный и дифференциальный. В первом случае импульс управления генерируется при достижении напряжения дуги некоторого уровня, во втором - при резком изменении напряжения дуги. В случае если запаздывание схемы невелико, не более 1-2 мкс, целесообразно применять потенциальный метод. Он позволяет выделить импульс тогда, когда он необходим, т.е. при формировании аномального тлеющего разряда. При значительном запаздывании входной сигнал схемы управления должен быть выделен в начальной стадии процесса восстановления напряжения. Здесь целесообразно применение дифференциальных схем. В схемах дифференциального управления в цепь коммутатора вводится принудительная задержка. Время задержки (60-200 мкс) зависит от тока и скорости восстановления напряжения. Обычно вводится задержка 60-100 мкс, которая вместе с запаздыванием срабатывания коммутаторов обеспечивает необходимое запаздывание импульса.
Стабилизаторы, как правило, являются частью установок для сварки на переменном токе и отдельно не выпускаются.
В сборных постах для стабилизации используются возбудители дуги - осцилляторы, генерирующие большое число импульсов в полупериод. Генерируемые ими импульсы обеспечивают повторное зажигание дуги, однако задержка в зажигании при этом не контролируется, действующий ток дуги колеблется и качество сварки невысоко. Кроме того, несинхронизированные осцилляторы создают значительные радиопомехи.
Для стабилизатора дуги могут использоваться возбудители-стабилизаторы, управляемые напряжением дуги. К числу таких устройств относится возбудитель-стабилизатор дуги установок УДГ-301 и УДГ-501. Схема возбудителя-стабилизатора представлена на рис. 3.
Он работает в различных режимах при возбуждении и стабилизации. Цепь его коммутатора управляется при сварке напряжением дуги, при возбуждении - напряжением холостого хода. Здесь накопитель C2 заряжается от однополупериодного выпрямителя VD1 через резистор R1 и разряжается либо через первичную обмотку автотрансформатора T1 (при разомкнутом контакте K - холостом ходе источника питания), либо непосредственно на дуговой промежуток (через дроссель L1 и резистор R2) - при дуге (контакт K замкнут коммутатором VS).
При холостом ходе импульс, трансформированный автотрансформатором T1, заряжает конденсатор C1 (высоковольтный накопитель). При выборе разрядника FV возникают колебания в контуре, образованном конденсатором C1 и дросселем L1. Конденсатор C5 служит для защиты источника питания от высокого напряжения. Тиристор управляется от двухбазового диода VT через импульсный трансформатор T2.
На эмиттер двухбазового диода поступает разность напряжений обратной полуволны и стабилитрона VD2 и заряжает конденсатор C4 до срабатывания диода VT. При резкой смене напряжения (в пик зажигания) напряжение поступает через конденсатор C3, что обеспечивает своевременное выделение импульса при сварке.
Осцилляторы для сварки, благодаря своим свойствам, широко используются в оборудовании для работ с цветным металлом. Когда требуется наложить шов на нержавейку, алюминий, или медь, то применение осциллятора позволяет быстро возбудить дугу и начать сварку, вместо утомительного постукивания и чирканья об изделие электрода.
Осциллятор сварочный применяется еще и для работы с тонкими листами металлов. Как правило, ток инвертора в таких случаях выставляется на низких значениях, и малейшее удаление конца электрода из сварочной ванны ведет к прерыванию дуги. Внедрение в схему осциллятора позволяет стабилизировать электросварку в работе на малых токах.
1. Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги. М.: Высшая школа, 1982. - 182 с.
2. Оборудование для дуговой сварки. Справочное пособие / Под ред. В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 380 с.
3. Александров А.Г., Заруба И.И., Пиньковский И.В. Источники питания для дуговой и электрошлаковой сварки. Справочное пособие. Днепропетровск: Проминь, 1976. - 156 с.