1.2 Допоміжні пристрої джерел живлення

Осцилятори та збуджувачі використовують для початкового запалення дуги без короткого замикання електрода на виріб. Вони уявляють собою джерела високої напруги та високої частоти, спроможні визвати іскровий розряд між електродом та виробом. Для проби міжелектродного проміжку у повітрі потрібна напруга не нижче 1-3 кВ на міліметр, в аргоні напруга пробою зменшується. Серійні осцилятори та збуджувачі виробляють на напругу 2-20 кВ. Струм розряду досягає   1-10  А,  а його  енергія  0,05-1,0  Дж. Пробійміжелектродного проміжку призводить до його іонізації, завдяки чому з'являється дуга від основного джерела. Частота розряду у серійних осциляторів та збуджувачів є у межах 100-1000 кГц. При такій частоті висока напруга безпечна для зварника, оскільки високочастотний струм протікає по поверхні тіла і тому не викликає електролізу крові та не ушкоджує життєво важливих органів. Розрізняють підпалюючі пристрої неперервної дії (осцилятори) та імпульсні (збуджувачі). З основним джерелом вони можуть з'єднуватись послідовно або паралельно.

Розглянемо іскровий осцилятор неперервної дії паралельного вмикання типу ОСПЗ-2М (рис.1.4б). Напруга мережі иі за допомогою підвищуючого трансформатору Ті підвищується до декількох кіловольт. При збільшенні вторинної напруги и2 йде заряд конденсатору С5. До моменту досягнення достатньо високої напруги и2 пробивається іскрою, його опір різко зменшується. Завдяки цьому утворюється коливальний контур Є5-Ь3-І?У, в результаті цього обміну енергією, між конденсатором та індуктивністю, з'являється затухаючий розряд и3.

За допомогою котушки зв'язку Ь4 висока напруга и4 подається на міжелектродний проміжок та пробиває його. Потім вступає в дію основне джерело О, при цьому осцилятор вимикають.

Приведемо деякі технічні характеристики осцилятора. Для надійного запалення дуги осцилятор генерує затухаючі імпульси тривалістю біля 2 мс серіями по 10-15 за півперіоду. Амплітуданапруги кожного імпульсу досягає 6000 В. Частота коливань залежить від величини об'єму С5 та індуктивності Ь3 та може буті обчислена за формулою  г =     1     , вона досягає 500 кГц. Інші характеристики

осцилятора наведені у табл.1.1.

Таблиця 1.1-Технічні характеристики осциляторів збуджувачів, стабілізаторів___

Збуджу-

Осцилятор І

Збуджу-

Збуджувач-

Стабілі-

Параметри

Осцилятор ОСПЗ-2М

ОСППЗ-300М

вач ВИР-101

вач УПД-І

стаблізатор ВСД-01УЗ

затор СД-3У2

Первинна напруга, В

220

220

180-300

220

380

380

Номіна­льний струм,А

-

315

80

80; 315; 500

500

-

Вихідна напруга, кВ

6

5

20

4;8

5

0,2

Частота вихідної напруги, кГц

500

10-20

500

100

-

0,1

Габарити, мм

250 170 110

290 225

150

250

175

115

320 180 158

365 270 130

208

295

152

Маса, кг

6,5

7

4,5

10,7

13,5

6,5

Осцилятор створює перешкоди радіоприймачеві його безперервна робота можлива на протязі не більш 1с. Наступне його вмикання дозволяється лише через 10с. Щоб перешкоди не потрапляли до питаючої мережі, на вході осцилятора встановлений фільтр Ь1, Ь2, С1-С4.

Для захисту основного джерела від високої напруги осцилятора збирають фільтр високих частот із захисних дроселя Ь та конденсатора С. Дросель Ь має великий реактивний опір для струму високої частоти, що зменшує втрати енергії осцилятора. Конденсатор С має малий реактивний опір при високих частотах, тому на ньому, а також в мережі основного джерела, падіння напруги осцилятора мале. Необхідно також забезпечити захист мереж осцилятора від великогоструму основного джерела. З цією метою встановлений захисний конденсатор Сб, граючий роль низькочастотного фільтру.

 

а) ОСПЗ - 2М; б) ОСППЗ - 300М Рисунок 1.4 - Осцилятори

Позитивною якістю осцилятора є висока ефективність безконтактного запалення дуги. Його недоліки - низька надійність розрядника та небезпека поразки зварника високою напругою низької частоти. Розрядник потребує частої зачистки вольфрамових електродів та налагодженню відстані між ними. Ураження зварювальника струмом низької частоти (50 Гц) можливе лише при потраплянні напруги и2 на дугу, від якою захищає конденсатор С6 та запобіжник ¥2. Також обов'язкове заземлення корпуса осцилятора.

Недоліком осцилятора паралельного включення є також необхідність у громіздкому дроселі Ь. У осцилятора послідовного включення, відмінні елементи якого представлені на рис.1.4в, такого недоліку немає. Хоча котушка зв'язку Ь4 цього осцилятора з'єднана послідовно з основним джерелом, струм високої частоти замкнений по мережі Ь4-С-дуга. В цій мережі висока напруга осцилятора практично повністю прикладена до дуги, а джерело зашунтовано конденсатором С, який має малий опір для високих частот. Не потрібний тут і фільтр низьких частот.  Недоліком такого осцилятора є великі розмірикотушки зв'язку Ь4, по якій йде зварювальний струм. Тому осцилятори послідовного ввімкнення виготовляють на струм не більш 400 А. Як приклад, осцилятор ОСППЗ-300М.

На рис.1.5 наведена схема імпульсного збуджувача чергової дуги при плазмовому різанні ВИР-101. Він живиться постійною напругою джерела чергової дуги. Цією напругою заряджається потужній конденсатор С1 по мережі Я7-У01-Т-С1. Одночасно в мережі релаксаційного генератора заряджається конденсатор С2 по мережі Я7-Я1-Я3-С2.

 

При досягненні на ньому напруги переключення динистора УВ2 конденсатор С2 розрядиться на керуючий електрод тиристора УБ по мережі С2-УВ2-Я4-УБ-С2. В результаті відбувається потужний імпульс розряду конденсатора С1 через ключ УБ на первинну обмотку підвищуючого трансформатора Т. Високовольтний імпульс з його вторинною обмоткою заряджає конденсатор С3 та викликає коливальний розряд високої частоти в контурі С3-Т. Після пробою розрядника ¥У імпульс с напругою до 20 кВ та частотою біля 1 МГц пробиває міжелектродний проміжок. Живлення дуги від основного джерела створюється через дросель Ь. Таким чином збуджувач є комплектним пристроєм, оскільки він містить у собі і фільтр низьких частот із Ь, С4, та С5. Добре і те що збуджувач, живиться напругою основного джерела, тобто йому не потрібні окремі вимикаючі пристрої. Він сам перестає генерувати імпульси після запалення дуги, оскільки при цьому напруга основного джерела стане недостатньою для переключення динистора УВ2.

Пристрій підпалу дуги УПД-1 (рис .1.6) також е імпульсним збуджувачем   послідовного   включення,   але   живиться зміннимструмом. Його складовими частинами є накопичуючий конденсатор С2, високовольтний трансформатор та тиристорний комутатор УБІ, УБ2 з системою керування. В одному з полуперіодів живлячої напруги система керування відкриє тиристор УБІ, внаслідок чого потужний імпульс струму пройде по мережі Ь-Т-С2- УБІ. По мірі того як заряджається конденсатор С2, струм зменшується, а після закінчення заряду тиристор УБІ вимикається. Трансформований вторинною обмоткою Т імпульс напруги з амплітудою 4-8 кВ по мережі, виділеною пунктиром, потрапляє на міжелектродний проміжок, викликаючи запалення дуги. У другому полуперіоді живлячої напруги відчиняється другий тиристор УБ2, що викликає перезаряд конденсатора та новий підпалючий імпульс. Таким чином, частота слідування імпульсів - 100 Гц. Дросель Ь обмежує струм у зарядному контурі, а конденсатор СІ захищає тиристори від перенапруги.

Струм основного джерела О замкнутий через вторинну обмотку трансформатора Т по мережі, показаною тонкою лінією. Конденсатор С3 захищає основне джерело від високої напруги імпульсу. Таким чином, пристрій УПД-1 є комплектним, не потребуючим доповнення фільтрами при збиранні зварювального посту. Більш того, одна з його модифікацій забезпечує синхронізацію підпалюючих імпульсів з переходом через нуль змінного зварювального струму, тобто може виконувати функції імпульсного стабілізатора дуги. Таким же комплектним пристроєм є збуджувач-стабілізатор дуги змінного струму ВСД-01 (табл. 1.1)

Головною перевагою імпульсних збуджувачів у порівнянні з осциляторами є відсутність небезпечної високої напруги низької частоти. Деякі з них не мають і розрядників, що підвищує їх надійність та зменшує рівень перешкод.

Імпульсний стабілізатор призначений для послідуючого запалення дуги змінного струму, особливо при переході до полуперіоду зворотної полярності. При зварюванні алюмінію неплавким електродом стабілізатор повинен генерувати піковий імпульс з амплітудою напруги Лі = 200-600 В. Для надійного запалення необхідно, щоб амплітуда струму Іі була біля 20-80 А при тривалості не менш 60 мкс, а при його спаді загальний переддуговий струм Іпд не зменшився менш 3-7 А. При обмеженій міцності стабілізатора ця умова виконується, якщо ввімкнення затримати відносно моменту переходу струму через нуль на їя= 60-100 мкс. Стабілізатор з частотою слідування імпульсів 50 Гц стимулює запалення тільки дуги зворотної полярності, с частотою 100 Гц -також і дуги прямої полярності.

Збуджувач - стабілізатор ВСД-1 (рис.1.7) спроектований так, щоб задовольняти умовам як початкового, так і послідуючого запалення. Він ввімкнений послідовно в мережу вторинної обмотки основного джерела - трансформатора О. Збуджувач живиться змінною напругою мережі через трансформатор ТІ та випрямляючий блок УОІ з фільтром СІ. В першому циклі накопичуючий конденсатор С2 заряджається по мережі, зображеної тонкою лінією, полярністю, яка зображена знаками „+" та „-" без дужок. На початку кожного полуперіоду зварювальної напруги О система керування відкриває тиристор УБ, в наслідок чого по короткій мережі, зображеної пунктиром, пройде потужний імпульс розряду конденсатора С2 на первинну обмотку підвищуючого трансформатора Т2. При цьому конденсатор С2 перезарядиться полярністю, означеною знаками „+" та „-" в дужках, а тиристор наприкінці перезарядки замкнеться. В результаті потенціали блока УОІ та конденсатора С2 будуть складатись, тому у слідуючому циклі конденсатор зарядиться до більш високої напруги. Такий характер перезарядки С2 призведе до того, що його напруга в чотири рази перевищить напругу живлення.

Імпульс перезарядки конденсатора С2 трансформується у вторинну обмотку Т2, що призведе до збудження високочастотного контуру Т2-С3-С4. Високочастотний розряд конденсатора С4 потрапляє на міжелектродний проміжок, збуджуючи дугу або (при запаленій дуги) стабілізує її на початку обох полуперіодів. Частота слідування таких імпульсів -100 Гц, момент генерації розряду може бути настроєний системою керування так, щоб з'єднати його з переходом зварювальної напруги через нуль або виконувати з невеликою затримкою.

Розроблена велика кількість автономних та встроєних в зварювальні трансформатори імпульсних стабілізаторів на 50 та 100Гц, характеристики моделі СД-3 наведені у табл. 1.1.

Пристрій подавлення постійної складової змінного струму покращує умови роботи зварювального трансформатора, при цьому подавлення може бути повним або частинним. Найпростіший пристрій подавлення складається з діоду УБ1 та опору Я (рис.1.8а). Струм зворотної полярності прямує через опір і тому зменшується. При переході на інший режим опір необхідно знову настроювати. Цей спосіб через великі втрати в опорі є рекомендованим лише для малопотужних джерел.

Найбільш ефективна - повна при будь-якому режимі -компенсація досягається при використанні конденсаторної батареї С (рис.1.8б). Але нажаль, батарея погіршує початкове запалення дуги, тому перед зварюванням шунтується ключем 5*. Після запалення дуги та розімкнення ключа батарея вступає в дію. У полуперіоді прямої полярності вона заряджається, а у моменти зворотної полярності підживлює дугу, ліквідує цим постійну складову.

Ємність, достатня для зварювання при струмі 500А, досягає 0,15Ф, що потребує громіздких батарей спеціальних конденсаторів. Такий принцип використовувався раніш в установках УДГ-301 та УДГ - 501. У теперішній час для подавлення постійної складової більш поширено використовують тиристорний комутатор (рис.1.8в). Прив цьому кут керування а1 тиристора УБ1, пропускаючого струм прямої полярності, повинен бути більший ніж кут а2 тиристора УБ2, відповідаючого за струм зворотної полярності.