Сварочный источник питания

Источник сварочного тока — это устройство, которое подает или модулирует электрический ток для выполнения дуговой сварки . ^[1] Существует несколько процессов дуговой сварки, начиная от дуговой сварки в защитном металле (SMAW) и заканчивая инертным защитным газом, например, газовой дуговой сварки (GMAW) или газовой вольфрамовой дуговой сварки (GTAW) . Источники питания для сварки в первую очередь служат устройствами, которые позволяют сварщику контролировать, является ли ток переменным (AC) или постоянным (DC) , а также величиной тока и напряжения.

Источники питания для сварочных процессов, в которых используется защитный газ, также предлагают соединения для газа и методы управления потоком газа. Оператор может установить эти коэффициенты в пределах параметров, соответствующих типу, толщине и методу металла, который будет использоваться. Большинство источников сварочного питания не вырабатывают электроэнергию, а функционируют как управляемые трансформаторы , которые позволяют оператору регулировать электрические свойства по мере необходимости. Однако в некоторых применениях сварки, в частности SMAW, применяемых в зонах, изолированных от электросетей, используются сварочные источники питания, сочетающие функции генерации электроэнергии и модуляции тока в едином мобильном агрегате, установленном на транспортном средстве или буксируемом прицепе.

Классификация

Сварочные аппараты обычно подразделяются на аппараты постоянного тока (CC) или постоянного напряжения (CV); машина постоянного тока изменяет свое выходное напряжение для поддержания постоянного тока, в то время как машина постоянного напряжения будет изменять выходной ток для поддержания заданного напряжения. Для дуговой сварки защитным металлом и газовой вольфрамовой дуговой сварки используется источник постоянного тока, а для газовой дуговой сварки и дуговой сварки порошковой проволокой обычно используются источники постоянного напряжения, но постоянный ток также возможен с помощью устройства подачи проволоки с датчиком напряжения.

Источники постоянного тока используются для сварочных операций, которые выполняются вручную, например, дуговая сварка в защитном металле или дуговая сварка вольфрамом в газе. Поскольку процессы выполняются вручную, длина дуги не является постоянной на протяжении всей операции. Это связано с тем, что для удержания руки в одном и том же положении над заготовкой на протяжении всей сварки требуется очень много навыков. Использование источника постоянного тока гарантирует, что даже если длина дуги изменится, что приводит к изменению напряжения дуги, сварочный ток не изменится существенно, а подвод тепла в зону сварки останется более или менее постоянным на протяжении всей работы.

Характер машины CV необходим для газовой дуговой сварки и дуговой сварки порошковой проволокой, поскольку сварщик не может контролировать длину дуги вручную. ^{[ нужна ссылка ]} Если сварщик попытается использовать аппарат CV для дуговой сварки защитным металлом (SMAW), небольшие колебания расстояния между дугами вызовут значительные колебания выходного тока аппарата. Используя аппарат CC, сварщик может рассчитывать на фиксированное количество ампер, достигающих материала, независимо от того, насколько короткой или длинной становится электрическая дуга.

Конструкции блоков питания

Наиболее часто встречающиеся сварочные источники питания можно разделить на следующие типы:

Трансформатор

Трансформаторный (обычно 230 или 115 В переменного источник питания для сварки преобразует электричество среднего напряжения и среднего тока из электросети тока) в источник питания высокого тока и низкого напряжения, обычно от 17 до 45 В (разомкнутая цепь) и от 55 до 590 В. амперы . Выпрямитель . преобразует переменный ток в постоянный на более дорогих машинах

Такая конструкция обычно позволяет сварщику выбирать выходной ток, перемещая первичную обмотку ближе или дальше от вторичной обмотки, перемещая магнитный шунт внутрь и наружу сердечника трансформатора, используя последовательный реактор насыщения с изменяемой техникой насыщения. последовательно с выходом вторичного тока или просто позволяя сварщику выбирать выходное напряжение из набора отводов на вторичной обмотке трансформатора. Эти машины трансформерного типа обычно самые дешевые.

Платой за снижение затрат является то, что конструкции чисто трансформаторов часто бывают громоздкими и массивными, поскольку они работают на частоте сети 50 или 60 Гц. Такие низкочастотные трансформаторы должны иметь высокую индуктивность намагничивания, чтобы избежать ненужных шунтирующих токов. Трансформатор также может иметь значительную индуктивность рассеяния для защиты от короткого замыкания в случае прилипания сварочного стержня к заготовке. Индуктивность рассеяния может быть переменной, поэтому оператор может устанавливать выходной ток.

Генератор и генератор переменного тока

В источниках сварочного питания также могут использоваться генераторы или генераторы переменного тока для преобразования механической энергии в электрическую. Современные конструкции обычно приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания , но более старые машины могут использовать электродвигатель для привода генератора переменного тока или генератора. В этой конфигурации мощность сети преобразуется сначала в механическую энергию, а затем обратно в электрическую энергию для достижения понижающего эффекта, аналогичного трансформатору. Поскольку на выходе генератора может быть постоянный ток или даже переменный ток более высокой частоты, эти старые машины могут производить постоянный ток из переменного тока без необходимости использования выпрямителей любого типа или также могут использоваться для реализации ранее использовавшихся вариантов так называемых гелиадуговые (чаще всего теперь называемые TIG ) сварочные аппараты, в которых необходимость в более высокочастотном дополнительном модуле устраняется за счет того, что генератор переменного тока просто напрямую производит более высокочастотный переменный ток.

Инвертор

С появлением мощных полупроводников, таких как биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) , теперь стало возможным создать импульсный источник питания , способный выдерживать высокие нагрузки при дуговой сварке. Эти конструкции известны как инверторные сварочные агрегаты. Обычно они сначала преобразуют переменный ток сети в постоянный; затем они переключают (инвертируют) источник постоянного тока в понижающий трансформатор для получения желаемого сварочного напряжения или тока. Частота переключения обычно составляет 10 кГц или выше. Хотя высокая частота коммутации требует сложных компонентов и схем, она резко уменьшает размер понижающего трансформатора, поскольку масса магнитных компонентов (трансформаторов и индукторов), необходимых для достижения заданного уровня мощности, быстро уменьшается по мере того, как рабочая (коммутационная) ) частота увеличивается. Схема инвертора также может обеспечивать такие функции, как контроль мощности и защита от перегрузки. Высокочастотные инверторные сварочные аппараты обычно более эффективны и обеспечивают лучший контроль переменных функциональных параметров, чем неинверторные сварочные аппараты.

IGBT в инверторном аппарате управляются микроконтроллером , поэтому электрические характеристики сварочной мощности можно изменять с помощью программного обеспечения в реальном времени, даже цикл за циклом, а не вносить изменения медленно в течение сотен, если не тысяч циклов. . Как правило, программное обеспечение контроллера реализует такие функции, как подача импульсного сварочного тока, обеспечение переменных соотношений и плотностей тока в течение сварочного цикла, обеспечение плавного или ступенчатого изменения частоты и обеспечение времени, необходимого для реализации автоматической точечной сварки; внедрение всех этих функций в машину на основе трансформатора было бы непомерно дорого, но для инверторной машины с программным управлением требовалось бы только место в памяти программ. Аналогично, при необходимости можно добавить новые функции к инверторному аппарату с программным управлением посредством обновления программного обеспечения, а не за счет покупки более современного сварочного аппарата.

Другие типы

Помимо типов, использующих трансформаторы, двигатели/генераторы и инверторы, также существуют дополнительные типы сварочных аппаратов. Например, также существуют аппараты для лазерной сварки, и для них требуется совершенно другой тип конструкции источника питания для сварки, который не попадает ни в один из типов источников питания для сварки, обсуждавшихся ранее. Аналогичным образом, для аппаратов точечной сварки требуется другой тип сварочного источника питания, обычно содержащий сложные схемы синхронизации и большие батареи конденсаторов, которые обычно не встречаются ни в одном другом типе сварочных источников питания.

Ссылки

^ Ларри Джеффус (27 января 2011 г.). Сварка и обработка металлов . Cengage Обучение. стр. 232–. ISBN 978-1-133-41655-5 .
- Ларри Джеффус; Лоуренс Бауэр (12 февраля 2009 г.). Навыки, процессы и практика сварки для сварщиков начального уровня . Cengage Обучение. стр. 21–. ISBN 978-1-111-78207-8 .
- Насир Ахмед (2005). Новые разработки в области современной сварки . ЦРК Пресс . стр. 245–. ISBN 978-1-85573-970-3 .

Внешние ссылки

Информационный выпуск Miller Electric о технологии IGBT для сварочных инверторов от 8 апреля 2003 г. Архивировано 2 июня 2008 г. в Wayback Machine.
Фрэнк Г. Армао, Инверторные сварочные источники питания для сварки алюминия , The Lincoln Electric Company (Учебное пособие Lincoln Electric по инверторным сварочным аппаратам)
Как работает инверторный сварочный аппарат

[1] Ларри Джеффус (27 января 2011 г.). Сварка и обработка металлов . Cengage Обучение. стр. 232–. ISBN 978-1-133-41655-5 .
- Ларри Джеффус; Лоуренс Бауэр (12 февраля 2009 г.). Навыки, процессы и практика сварки для сварщиков начального уровня . Cengage Обучение. стр. 21–. ISBN 978-1-111-78207-8 .
- Насир Ахмед (2005). Новые разработки в области современной сварки . ЦРК Пресс . стр. 245–. ISBN 978-1-85573-970-3 .

[1]