Технические науки / 6.Электротехника и радиоэлектроника

Маг. Пахомов А.П., асп. Карташова А.А.,

к.т.н., доц. Ситников С.Ю., д.х.н., проф. Новиков В.Ф.

Казанский государственный энергетический университет

Развитие схемотехники инверторных источников тока

для сварочных работ

Процесс обратный выпрямлению и представляющий собой преобразование постоянного напряжения в переменное называется инвертированием. Устройства, осуществляющие этот процесс, называются соответственно инверторами.

По принципу действия различают два типа инверторов. Классификация представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Классификация инверторов по принципу действия.

Зависимые инверторы работают при наличии в выходной цепи источника переменного напряжения, который задает форму, частоту и величину напряжения образованной им сети. Задача этого устройства заключается к поставке недостающей или дополнительной активной мощности.

Автономные инверторы могут работать при условии отсутствия на его выходе источников переменного напряжения. Частота выходного напряжения автономного инвертора при этом определяется частотой импульсов управления вентилями инвертора, а форма и величина выходного напряжения – характером и величиной нагрузки и схемой.

Инверторы используются достаточно часто и имеют множество различных областей применения. В их число входит сварочная техника, поскольку инверторы удовлетворяют широкий спектр требований, предъявляемых к современным источникам питания. Среди последних можно выделить наличие возможности регулировки, динамические характеристики, оснащение необходимыми аппаратурными средствами, а также технологические свойства источника питания.

Отличительными энергетическими признаками инвертора тока являются то, что:

- входная цепь инвертора тока имеет свойства цепи источника постоянного тока, а функция вентилей инвертора сводится к периодическому переключению направления этого тока в выходной цепи инвертора;

- нагрузкой инвертора тока должна быть цепь с близким к нулевому внутренним динамическим сопротивлением, допускающим протекание через него скачкообразно меняющегося тока.

Принципиальная схема однофазного инвертора тока представлена на рисунке 2.

Рис.2. Принципиальная схема однофазного инвертора тока

Однако указанная схема имеет ряд существенных недостатков, в том числе:

- не допускает режимов холостого хода и имеет ограничение по предельному значению тока нагрузки;

- имеет внешнюю характеристику с участком резкого спада напряжения;

- имеет форму выходного напряжения, зависящую от величины нагрузки (треугольная форма в режимах, близких к холостому ходу, и синусоидальная – в режимах предельных нагрузок);

- является инерционным преобразователем, так как скорость изменения режима определяется скоростью изменения тока в реакторе с большой индуктивностью;

- не рационален для получения низких частот выходного напряжения, так как при этом возрастают массогабаритные показатели реактора и конденсатора.

Для ликвидации или нивелирования этих факторов применяется способ модификации исходной схемы за счет следующих преобразований за счет применения:

- дополнительных конденсаторов на выходе инвертора;

- отсекающих вентилей;

- вентилей обратного тока;

- тиристорно-индуктивного регулятора;

- широтно-импульсного регулирования выходного тока;

- векторного (фазового) регулирования.

Указанные преобразования схемы инверторного источника тока позволяют расширить область применения подобных устройств и представлены следующими разновидностями:

- последовательно-параллельный инвертор тока;

- инвертор тока с отсекающими вентилями;

- инвертор тока с выпрямителем обратного тока;

- инвертор тока с тиристорно-реакторным регулятором;

- инвертор тока с широтно-импульсным способом формирования кривой выходного тока.

С учетом использования данных схем становится возможным обспечить такие свойства инверторных источников тока как: сильная зависимость величины и формы выходного напряжения от величины и характера нагрузки; большая величина индуктивности реактора в звене постоянного тока; инерционность регулирования входного напряжения; возможность уменьшения пределов изменения напряжения на внешней характеристике инвертора; благоприятный с позиции электромагнитной совместимости режим нагрузки источника входного напряжения постоянным током со входа инвертора тока.

Все эти факторы говорят о перспективности и актуальности совершенствования конструкций различных инверторных источников тока. В настоящее время существует достаточно обширная база усовершенствованных конструкций для применения в сварочном деле. Основной целью совершенствования конструкции является повышения надежности работы устройства.

Литература:

1. Ильященко Д.П. Влияние энергетических характеристик инверторного источника питания на химический состав и микроструктуру сварного шва из стали 12Х18Н9Т / Научно-технические вестник Поволжья, №4, 2013, с. 178-180.

2. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – Ч. 2 – 197 с.

3. Миргородская Е.Е., Митяшин Н.П., Нугаев Э.К. Адаптивные системы стабилизации выходного напряжения силовых преобразователей