Тенденции развития источников питания для дуговой сварки.

Дуговая сварка была и остается основным технологическим процессом сварочного производства. В связи с этим исследователи, конструкторы и изобретатели уделяют дуговой сварке больше внимания, чем всем остальным вместе взятым способам соединения материалов.

Первые сварочные источники появились около 100 лет назад. В конце 19-го столетия Николай Бернадос использовал батареи и генератор с приводом от парового двигателя для своих экспериментов с дуговой сваркой угольным электродом.

За последнее десятилетие динамичное развитие источников питания для сварки базировалось на достижениях полупроводниковой техники - цифровой вычислительной и силовой. В 1960-70-е гг. их развитие было целиком связано с разработкой силовых полупроводниковых диодов и созданием на их основе сварочных выпрямителей.

Современные полупроводниковые приборы преоб­разили конструкцию новых сварочных источников. Стало возможным снизить их массу и габариты. Од­нако самые революционные преобразования про­изошли в конструкции систем управления. Совре­менные компьютерные программы позволяют по­требителям не только легко общаться с блоком упра­вления, используя панель управления, но и оптими­зировать сварочные характеристики.

Сначала в сварочных выпрямителях были примене­ны кремниевые диоды, затем появились тиристоры и, наконец, транзисторы, используемые в современ­ных инверторных источниках.

На рис. 1.1 показаны ступени развития конструкций сварочных источников. По мере развития источников их масса уменьшилась на порядок, уменьшались соот­ветственно и размеры. Важной ступенью развития яви­лось появление инверторных сварочных источников. В 1984 году шведский концерн ЭСАБ разработал свой первый инверторный выпрямитель «Caddy», весящий всего 8 кг. Дальнейшее развитие инверторной техники в сварочном машиностроении связано с появлением мощных транзисторов, рассчитанных на сотни вольт рабочего напряжения, десятки и сотни ампер.

 

1910 Сварочный генератор   1920 Сварочный трансформатор   1950 Выпрямитель   1970 Тиристорный выпрямитель   1980 Инверторный выпрямитель

Рис. 1.1. Ступени развития конструкций сварочных источников

 

На рис. 1.2 представлена схема силовых цепей управляемых источников питания для дуговой сварки.

Рис. 1.2. Схема силовых цепей управляемых источников питания для дуговой сварки: а — тиристорного; б — инверторного; в — с высокочастотным ключом; Т — трансформатор; ВТ и В — соответственно тиристорный и диодный выпрямители; Р — реактор; С — конденсатор; И — инвертор; К — ключ

 

Рис.2

Сварочный выпрямитель традиционного типа (рис. 1.2, а), выполненный на тиристорах, состоит из понижающего трансформатора, силового выпрямительного блока, сглаживающего реактора и системы управления, осуществля­ющей в зависимости от назначения различные функции. Источник питания инверторного типа (рис. 1.2, б) построен по другому принципу. Напряжение сети выпрямляется, «сглаживается» с помощью фильтра, затем преобразуется в переменное повышенной частоты (чаще свыше 15 кГц), трансформируется и снова выпрямляется. Ступеней преобразования энергии в инверторном источнике питания больше, чем в обычном (в обычном источнике таких ступеней всего две, в инверторном - их четыре). Несмотря на это инверторный источник питания того же назначения, что и обычный, имеет значительно более высокий КПД, меньшую массу и габаритные размеры. Отмеченное достигается только за счет того, что в инверторном источнике питания нет рассчитанного на полную мощность трансформатора промышленной частоты. Трансформатор повышенной частоты в инверторном источнике питания имеет массу приблизительно в 50 раз меньшую по сравнению с трансформатором промышленной частоты, благодаря чему потери энергии в нем несравнимо меньше, а КПД существенно выше. Небольшие размеры высокочастотного трансформатора позволяют создавать компактные источники питания.

Применение современной электроники позволило снизить массу сварочного источника в 10 раз (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Снижение массы сварочного источника

По мере усложнения современного сварочного обору­дования растет проблема общения с этим оборудова­нием пользователя. Чем больше современное оборудо­вание предоставляет сварочных процессов и возмож­ностей, тем сложнее становится панель управления.

Сварщикам обычно не нравится высокой уровень сложности, поскольку некоторые функции приме­няются редко. Для сложных материалов и высокока­чественной сварки каждая из доступных функций только приветствуется, но в большинстве случаев требуются лишь некоторые из них.

Нетрудно предсказать, что дальней­шее развитие получат инверторные сварочные источники. Небольшого размера и удоб­ные в работе источники требуются для различных ре­монтных работ. Будут улучшаться показатели потреб­ляемой мощности, что позволит подключать их к электросетям ограниченной мощности. Прочность и надежность также являются важными факторами. Улучшится защита источников от пыли, влаги и электрических помех. Модульная конструкция источников, циф­ровое управление и возможность обновлять про­граммное обеспечение гарантируют высокое качество сварных работ.