CC BY
44
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070
УДК 621.21
В.А. Обрубов
К.т.н., доцент,
Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ,
Тольяттинский филиал г. Тольятти, Российская федерация
СВАТРОННЫЕ ГИТ, ВЕДОМЫЕ СЕТЬЮ, ДЛЯ АДСН
Аннотация
В статье приведены результаты схемотехнических решений сватронных генераторов импульсов тока для АДСН без промежуточных выпрямителей. Они работают на частоте питающей сети и отличаются простотой и надежностью.
Ключевые слова
Генераторы импульсов тока, аргонодуговая сварка, алюминиевые сплавы.
Алюминиевые сплавы часто сваривают аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом (АДСН) на переменном токе. При сварке от источников питания с синусоидальным током возникают проблемы, связанные со стабильностью горения дуги из-за малой скорости перехода тока через нуль.
Наиболее перспективным для питания дуги при АДСН является использование сватронных генераторов импульсов тока (ГИТ). Сватронные ГИТ (сварочные ГИТ с электронными быстродействующими ключами и их системами управления) питают сварочную дугу импульсным переменным током со скоростями перехода через нуль более 100 кА/с [1, 2] за счет высвобождения энергии при разряде индуктивных накопителей энергии (ИНЭ).
Разработаны разные сватронные ГИТ с ИНЭ [3, 4, 5, 6, 7, 8]. Однако известные ГИТ сложны, имеют большие массогабаритные показатели.
В мостовом сватронном тиристорном ГИТ [9] дроссель L включен в диагональ тиристорного моста У81-У$4, во вторую диагональ которого последовательно включены вторичная обмотка трансформатора ТУ и дуговой рабочий промежуток РП (рис.1). На основе такого схемотехнического решения разработан
а) б)
Рисунок 1 - Трансформаторный мостовой тиристорный ГИТ: а) схема ГИТ, б) изменения тока и
напряжения и дуги во времени t.
При включении тиристоров VS2 и VS3 в момент ^ (рис.1,б) при положительном напряжении на ТУ через РП формируется положительный импульс тока ¡8 прямой полярности. После смены в момент (2 знака входного напряжения, например, в момент (з тиристоры VS2 и VS3 (рис.1,а) при включении тиристоров VS1
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_
и VS4 выключаются. Ток is при этом скачком изменяет свое направление и до момента ts, когда снова осуществляется включение тиристоров VS1 и VS2 при положительном входном напряжении, формируется отрицательный импульс тока is обратной полярности.
Недостатком таких ГИТ является невозможность регулирования соотношений амплитуд импульсов разных полярностей, а также малый диапазон регулирования соотношений длительностей из-за постоянной составляющей в токе трансформатора при несимметричных импульсах тока дуги.
Существуют и сватронные ГИТ на основе двухдроссельных [10] (рис.2, а), а также полумостовых (рис.3) схемотехнических решений [11]. Последовательно со вторичной обмоткой трансформатора TV включен рабочий промежуток РП.
а б
Рисунок 2 - Трансформаторный двухдроссельный ГИТ: а - принципиальная электрическая схема, б -
графики токов и напряжений на элементах ГИТ.
Одно из них состоит из параллельно соединенных тиристора У82 и дросселя L1, а второе из параллельно включенных тиристора У81 и дросселя L2. При положительной полуволне напряжения иту в момент включается тиристор и ток начинает протекать по цепи ТУ - У82 - Ь2 - РП - ТУ. Ток дросселя L1 замыкается в короткозамкнутом контуре из включенного тиристора VS2 и дросселя L1. В момент (з включается тиристор VS1. Ток дросселя L2 замыкается в короткозамкнутом контуре из включенного тиристора VS1 и дросселя L2, а тиристор VS2 запирается обратным напряжением вторичной обмотки трансформатора ТУ. Ток протекает по цепи ТУ - РП - У81 - Ь1 - ТУ, формируя через дуговой рабочий промежуток РП импульс тока противоположной полярности.
У данного ГИТ меньше тиристоров, но наличие двух дросселей увеличивает массу, габариты и потери энергии.
В полумостовом сватронном ГИТ (рис.3) тиристоров тоже два, причем дроссель L выполнен из двух секций.
Рисунок 3 - Полумостовой сватронный ГИТ.
При положительных потенциалах на верхних концах вторичных обмоток трансформатора ТУ включение в момент (1 тиристора VS1 создает положительный импульс тока через дуговой рабочий
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_
промежуток РП по цепи: верхняя вторичная обмотка - VS1 - верхняя секция дросселя L - РП - верхняя вторичная обмотка. После смены полярности напряжения в момент ts включается тиристор VS2, а тиристор VS1 выключается обратным напряжением. Ток перехватывается в нижнюю секцию дросселя L, создается отрицательный импульс тока через РП по цепи: нижняя вторичная обмотка - VS2 - нижняя секция дросселя L - РП - нижняя вторичная обмотка.
Основными недостатками таких ГИТ те же, что и у предыдущих.
В [12, 13 ] был предложен ряд схем сватронных ГИТ с улучшенным коэффициентом мощности .
Принцип их работы можно пояснить на типовой схеме (рис.4,а).
При положительных потенциалах на конце 1 верхней вторичной обмотке трансформатора TV включение в момент ti (рис. 4,б) тиристора VS1 создает положительный импульс тока is через дуговой рабочий промежуток РП по цепи: 1 - VS1 - 4 - 5 - РП - 2. После смены полярности напряжения utv в момент t2 включается тиристор VS4. Тиристор VS1 при этом выключается обратным напряжением на концах 1 и 2 вторичной обмотки трансформатора TV. Ток продолжает протекать через дуговой промежуток РП в том же направлении по цепи 4 - 5 - РП - VS4 - 4 за счет энергии верхней секции дросселя L до момента ts, когда включается тиристор VS2. Ток при этом перехватывается в нижнюю секцию дросселя L и создается отрицательный импульс тока is через промежуток РП по цепи: 2 - РП - 5 - 6 - VS2 - 3 - 2.
а б
Рисунок 4 - Сватронный ГИТ с улучшенным коэффициентом мощности - а) принципиальная электрическая схема, б) графики токов и напряжений на элементах ГИТ.
После смены полярности напряжения в момент (4 включается тиристор VS3. Тиристор VS2 при этом выключается обратным напряжением. Ток продолжает протекать через дуговой промежуток РП в том же направлении по цепи 5 - 6 - У83 - РП - 5 за счет энергии нижней секции дросселя L до момента (5, когда снова включается тиристор VS1.
На интервалах (2---(з и (4~Л5 тиристоры VS1 и VS2 выключены и ток сети отсутствует. Поэтому отсутствует и загрузка сети реактивными токами, как в предыдущих схемах, что повышает коэффициент мощности.
Рисунок 5 -Мостовой трехфазный ГИТ
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070
Расширения диапазона частот и увеличения длительностей импульсов тока можно достичь в трансформаторных ГИТ с увеличенным количеством фаз напряжения питания [14] за счет переключения напряжения с фазы с меньшим на фазу с большим напряжением. Например, это можно осуществить в мостовом трехфазном сватронном ГИТ (рис. 5). Увеличенное число фаз входного напряжения позволяет выбрать моменты для запирания тиристоров VS7 или VS8 отрицательным напряжением на любой их фаз. Поэтому минимальная длительность импульсов может быть сокращена в 3 раза, а максимальная во времени неограничена. Значит, данный ГИТ может формировать как угодно низкую частоту импульсов тока.
Рисунок 6 - Однофазный трансформаторный ГИТ с регулируемым соотношением длительностей
импульсов тока.
Однофазный трансформаторный ГИТ (рис. 6) обладает возможностью изменения соотношения длительности импульсов тока и уменьшения частоты их следования. Дискретность регулирования длительностей находится в пределах полупериода частоты питающей сети. Это достигается введением дополнительных встречно-параллельно соединённых тиристорных мостов У$1...У$4 и У$5...У$8 к тиристорному мосту У$9...У$12, работающему аналогично тиристорному мосту в ГИТ на рис. 1.10. Дополнительные мосты выпрямляют выходное напряжение с возможностью изменения полярности напряжения выбором одного из них. Недостатками такого ГИТ являются невозможность регулирования соотношения амплитуд импульсов, малая предельная частота импульсов, большое количество тиристоров. Выводы.
1. Ведомые сетью сватронные ГИТ, для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом обладают схемной простотой, которая обеспечивает повышенную надежность их работы.
2. Такие ГИТ могут быть выполнены с повышенным коэффициентом мощности, что обеспечивает экономичность их работы.
3. Увеличение числа тиристоров обеспечивает широкие технологические возможности за счет широкого регулирования соотношений длительностей токов дуги разных полярностей.
Список использованной литературы. 1. Чернявский, Н.И. Требования к параметрам прямоугольных импульсов сварочного тока при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов [Текст]. / Н. И. Чернявский, Ю. В. Казаков // Современные проблемы повышения эффективности сварочного производства: сборник материалов Всероссийской заочной научно-технической конф. (Тольятти, 25 - 28 октября 2011 года)/ под ред. В.П.Сидорова [и др.]. -Тольятти: Изд-во ТГУ, 2011. - 448 с.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_
2. Чернявский, Н. И. Определение действующего значения импульсного тока при аргонодуговой сварке алюминия неплавящимся электродом. [Текст] / Н. И. Чернявский, Ю. В. Казаков, Г. М. Короткова, Н. Н. Чибисова. // Сварочное производство. - 2012. - №8. - С. 12 - 16.
3. Чернявский, Н. И. Генераторы импульсов тока для аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов [Текст]. / Н. И. Чернявский, Ю. В. Казаков // Сварка и диагностика. - 2012. - №2. - С. 45 - 49.
4. Чернявский, Н. И. Депозитарный ГИТ для аргонодуговой сварки алюминиевых деталей автомобилей в службах автосервиса. [Текст] // Наука - промышленности и сервису. - 2013. - № 8-2. - С.241 - 246.
5. Чернявский, Н. И. Генераторы импульсов тока для аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. [Текст] / Донской государственный технический университет. Ростов-на-Дону, 2011.
6. Чернявский, Н. И. Генераторы импульсов тока для аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. [Текст] / Донской государственный технический университет. Ростов-на-Дону, 2011.
7. Чернявский, Н. И. Энергетические характеристики генераторов импульсов тока с индуктивными накопителями энергии для аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом. [Текст] / Чернявский Н. И., Казаков Ю. В., Чибисова Н. Н. // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2011. - №2. - с. 94 - 97.
8. Чернявский, Н. И. Тиристорный генератор импульсов тока для аргонодуговой сварки деталей из алюминиевых сплавов. [Текст] // Символ науки. - 2016. - №2 - 2, - с. 100 - 102.
9. Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги [Текст]. - М.: Высш. школа, 1982. - 182 с.
10. А.с. 1107974 СССР, МПК3 В23К 9/10 Устройство питания для дуговой сварки [Текст]: / Ивашин В.В., Чернявский Н И. - №355624325-27; заявл. 22.12.82; опубл.15.08.84, Бюл.№30. - 6 с.
11. А.с. 1258642 СССР, МПК3 В23К 9/00, В23К 9/09. Устройство для дуговой сварки [Текст]: / Ивашин В.В., Чернявский Н И. - №3848325/25-27; заявл.28.01.85; опубл.23.09.86, Бюл.№35. - 3 с.
12. А.с. 1337213 СССР, МПК4 В23К 9/09, В23К 9/10. Устройство питания для дуговой сварки [Текст]: / Ивашин В.В., Чернявский НИ. - №3813164/31-27; заявл.19.11.84; опубл.15.09.87, Бюл.№34. - 4 с.
13. Пат. 4435632 США, МПК H02M 5/02, H02M 5/27; H02M 7/12; H02M 7/162; B23K 009/09. Three phase square wave welding power supply [Текст]./^Ье^; Robert L. - Заявл. 12.02.1982; Опубл. 06.03.1984.
14. Пат. 5513093 США, МПК B23K 9/10; H02M 005/42. Reduced open circuit voltage power supply and method of producing therefore [Текст] /Corrigall; Don J. - Заявл. 11.03.1994; Опубл. 30.04.1996.
© Обрубов В.А., 2016
УДК 621.21
В.А. Обрубов
К.т.н., доцент,
Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ,
Тольяттинский филиал г. Тольятти, Российская федерация
МОСТОВОЙ СВАТРОННЫЙ ГИТ ДЛЯ АДСН
Аннотация
В статье приведены результаты схемотехнического решения сватронного генератора импульсов тока для АДСН без промежуточного выпрямителя. Он работает на частоте питающей сети и отличается простотой, надежностью и экономичностью.
Ключевые слова
Генераторы импульсов тока, аргонодуговая сварка, алюминиевые сплавы.
