Промышленные источники питания преобразователей сварочных систем

Отечественной промышленностью выпускаются источники электрической ультразвуковой энергии, типоразмеры которых перекрывают необходимую для нужд УЗС часть ряда номинальных

мощностей. В то же время приходится констатировать недостаток таких источников, которые полностью отвечали бы требованиям технологии УЗС. Некоторые из разработанных ВНИИТВЧ им. В. П. Вологдина типов генераторов, которые применяют в настоящее время для питания преобразователей сварочных систем машин УЗС или которые могут быть рекомендованы к применению с некоторыми ограничениями, обусловленными характеристиками самих генераторов, приведены в табл. 4.4.

Ультразвуковой транзисторный генератор УЗП-0,04/22 был испытан для питания сварочной системы на основе пьезокерамического преобразователя при сварке металлизированной пленки в технологическом процессе изготовления елочных украшений.

Генератор выполнен по схеме с независимым возбуждением, содержащей функциональные блоки: задающий генератор (мультивибратор), регулируемый аттенюатор, резонансный усилитель напряжения, усилитель мощности, работающий в режиме В, блок автоматической подстройки частоты (АПЧ) и блок автоматической подстройки амплитуды (АПА). Система АПЧ выполнена по принципу синхронизации. Блок АПА содержит детектор, интегратор, схему сравнения и усилитель рассогласования, управляющий через регулятор аттенюатором. Сигнал обратной связи для обеих систем авторегулирования формируется в выходной цепи генератора с помощью мостовой схемы с дифференциальным трансформатором тока. Такое решение применено во всех моделях генераторов малой и средней мощности, имеющих системы АПЧ и АПА. Генератор имеет электронную схему защиты от перегрузок и плавную регулировку выходной мощности и выполнен в виде настольного прибора. Охлаждение — естественное, воздушное. Отличительной особенностью генератора УЗП1-0,1/22 (рис. 4.22) является наличие системы АПА, выполненной на основе однофазного управляемого выпрямителя на тиристорах. Устройство имеет схему электронной защиты и плавную регулировку выходной мощности. Конструктивное исполнение — настольное. Охлаждение — естественное, воздушное.

Примененный в генераторе УЗП 1-0,1/22 усилитель мощности, выполненный по полумостовой схеме, работающий в режиме переключения, явился удачным решением. Используя его в качестве базового модуля, можно создавать выходные каскады для разработок генераторов большей мощности. Путем последовательного включения таких модулей с источником постоянного напряжения созданы схемы генераторов УЗГ5-0,25/22 и УЗГ5-0,63/22.

Генератор УЗГ5-0,63/22 применен для питания колебательной системы в машине для УЗС кинопленки. Выходной каскад генератора состоит из шести полумостовых модулей, питающихся от трехфазного управляемого выпрямителя. Схема и конструкция предусматривают режим манипуляции с числом включений не более 2000 в час. Генератор имеет электронную схему защиты от перегрузок и плавную регулировку выходной мощности.

Конструктивно устройство выполнено в настольном исполнении в виде стойки с двумя выдвигающимися блоками. Охлаждение генератора — естественное, воздушное.

В моделях УЗГ4-0,4/22 и УЗГ5-0,4/22 модули выходных каскадов включаются параллельно источнику постоянного напряжения. Генератор УЗГ4-0,4/22 предназначен для питания колебательных систем ультразвуковых швейных машин для сварки некоторых синтетических материалов при изготовлении одежды. Регулируемое электронное реле времени генератора обеспечивает необходимую дозировку ультразвуковой энергии, подводимой в зону сварки, а синхронизирующее устройство — подачу этой энергии синхронно с работой механизма перемещения свариваемого материала. Генератор обеспечен схемой электронной защиты от перегрузки и имеет ступенчатую регулировку выходной мощности. Конструктивное исполнение — напольное. Охлаждение — естественное, воздушное.

Генератор УЗГ5-0,4/22 является более мощной моделью базового образца — УЗГ11-0,4/22 и отличается от него только числом модулей в выходном каскаде. Применение этих генераторов в машинах УЗС ограничено инерционными свойствами управляемого выпрямителя.

В настоящее время для питания акустических систем мощностью 1,5 кВт в машинах УЗС применяется генератор типа УЗГ5-1,6/22. Генератор выполнен по схеме с независимым возбуждением. Задающий блок представляет собой ЬС-автогенератор . Каскады предварительного усиления — транзисторные, работают в ключевом режиме. Выходной каскад выполнен по двухтактной схеме на лампах, работающих в режиме В. Генератор имеет реле защиты по току и плавную регулировку выходной мощности. Конструктивно генератор выполнен в напольном исполнении. Охлаждение — принудительное воздушное. Однако, отсутствие систем автоматического регулирования значительно ограничивает область его применения и снижает качество и эффективность

оборудования для УЗС в целом. Во ВНИИТВЧ им. В. П. Вологдина разработан новый источник ультразвуковой энергии мощностью 1,6 кВт — это генератор типа УЗПЗ-1,6, структурная схема которого приведена на рис. 4.23. На рис. 4.24 изображен внешний вид генератора.

Генератор выполнен по схеме независимого возбуждения с автоматической подстройкой частоты. В качестве задающего генератора в режиме независимого возбуждения используется LС-генератор , выполненный с транзистором типа КТ801Б. Усилитель генератора состоит из четырех каскадов: эмиттерного повторителя (транзистор КТ315), усилителя (транзистор КТ801Б), двухтактного транзисторного усилителя (транзистор КТ809А) и двухтактного лампового усилителя мощности (лампы ГУ-84Б). Схема АПЧ выполнена по принципу синхронизации релаксационного генератора (мультивибратора), выполненного на микросхеме типа К140УД2А.

Генератор в режиме АПЧ работает как с электрической схемой выделения, включенной на выходе генератора, так и с акустическими датчиками обратной связи, для чего в генераторе предусмотрен разъем синхронизация. Для использования акустических датчиков, требующих подмагничивания, в генераторе предусмотрен источник постоянного тока.

Регулирование мощности осуществляется с помощью регулируемого аттенюатора, выполненного на двух полупроводниковых диодах и включенного между мультивибратором и эмиттерным повторителем усилителя. Пределы регулирования выходной мощности 20—100 %.

В генераторе имеется система АСА, состоящая из детектора, интегратора и схемы сравнения, подключенной к управляемому входу регулируемого аттенюатора. Источник тока поляризации выполнен по двухфазной однополупериодной схеме на полупроводниковых диодах типа ВЛ-25, высоковольтный источник питания — на полупроводниковых диодах типа ВЛ-10 по схеме Ларионова. Источники низковольтных каскадов и сеток ламп усилителя выполнены по однофазным мостовым схемам на

полупроводниковых диодах. Входные цепи генератора снабжены сетевыми фильтрами. Охлаждение генератора — принудительное воздушное.

генератор обеспечивает нагрузку (1,6 ± 0,16) кВт при непрерывном режиме с АПЧ и нагрузку (2 ± 0,2) кВт в режиме независимого возбуждения в течение 4 ч работы за восьмичасовую рабочую смену. Генератор имеет два частотных диапазона: (18 ± 1,35) кГц и (22 ± 1,65) кГц, внутри которых осуществляется плавная регулировка частоты. Источник подмагничивания обеспечивает ступенчатое регулирование тока от 10 до 25 А через (2 ± 0,2).

При работе генератора в режиме АПЧ акустической системы (рис. 4.25) сварочной машины типа МТУ-1,5 можно использовать акустическую обратную связь, а для питания колебательных систем установок для шовной УЗС включают схему выделения электрической обратной связи. В обоих случаях точность АПЧ не ниже 50 Гц. Для обеспечения режима манипуляции в конструкции генератора предусмотрен разъем манипуляция, через который контакты внешних устройств подключаются к выходу регулируемого аттенюатора.

Конструктивно генератор выполнен в напольном исполнении в виде книжки, что обеспечивает свободный доступ ко всем элементам генератора. В нижней части расположены: сетевой фильтр, силовой трансформатор и блок источника подмагничивания магнитострикционного преобразователя. В средней части размещены лампы в держателях-воздуховодах, вентиляционная система, блок компенсирующих конденсаторов, схема выделения АПЧ и выходной трансформатор. На верхней панели смонтированы источники низковольтных напряжений, схема задающего генератора и транзисторные усилители генератора. На лицевую панель генератора выведены приборы для измерения анодного тока и тока подмагничивания. Здесь же расположены ручки регулировки частоты, регулировки мощности, переключатель рода работ — АПЧ вкл , АПЧ выкл , выведенный под шлиц потенциометр подстройка АПЧ для корректировки фазы сигнала обратной связи в цепи авторегулирования, сигнальные лампы и кнопки включения и выключения высокого напряжения.

Типовые нагрузочные характеристики лампового генератора с независимым возбуждением, показывающие зависимость мощностей и КПД от анодной нагрузки, приведены на рис. 4.26, а

[30].

, а затем начинает падать в результате сильного искажения и прекращения роста анодного напряжения.

,

=24 Н).

  хорошо совпадает с характером изменения полезной мощности Р в зависимости от .

не равно нулю. Резонансные кривые показывают, что в режиме холостого хода также наблюдается резонансное состояние системы.

Для согласования режима работы генератора с нагрузкой необходимо обеспечить равенство сопротивления нагрузки эквивалентному сопротивлению нагрузочного контура генератора. Связь контура с нагрузкой может быть емкостной, автотрансформаторной или трансформаторной. Чаще всего, если нагрузкой служит магнитострикционный преобразователь, применяют схему с выходным трансформатором. Для компенсации индуктивности L преобразователя параллельно или последовательно подключается емкость С, которая образует с индуктивностью L резонансный контур.

При использовании пьезоэлектрических преобразователей, которые являются активно-емкостной нагрузкой, последовательно или параллельно преобразователю включается компенсирующая индуктивность. Заметим, что работа генератора без компенсации реактивной составляющей нагрузки равносильна работе на ненастроенную нагрузку. Это приводит к резкому снижению выходной мощности генератора и практически — к исключению эффекта сварки. Частота генератора должна быть равна резонансной частоте нагрузочного контура и механической колебательной системы.

Компенсирующие реактивности рассчитываются по известной формуле, индуктивность или емкость и частота известны из расчета преобразователя и корректируются при наладке сварочной установки. Практически согласование производится путем подбора числа витков понижающей обмотки выходного трансформатора и величины компенсирующей емкости. Подбором числа витков выходного трансформатора и величины компенсирующей емкости добиваются того, чтобы при синусоидальной форме выходного напряжения мощность на выходе была максимальной.