Сварочные конверторы КСУ-320 и КСУ-500

По мере внедрения в производство сварочных инверторов, стали проявляться их недостатки, главным из которых являются их низкая надежность и ремонтопригодность по сравнению тиристорными сварочными выпрямителями. Факторами снижения надежности стали:

1. Многостадийность преобразования — ток промышленной частоты 50Гц, выпрямляется, фильтруется, затем преобразуется в ток высокой частоты (20−150кГц), после чего поступает на высокочастотный сварочный трансформатор. Затем ток вторичной обмотки высокочастотного трансформатора, в очередной раз, выпрямляется и представляет собой, собственно, ток сварочной дуги.

Каждый узел преобразования и элемент в узле (рис.1) имеют конечное значение конструктивной надежности и поэтому общая надежность стандартного инверторного сварочного источника в разы ниже, чем тиристорного выпрямителя.

сварочный инвертор конвертор регулятор ток.

Рис. 1 Блок — схема сварочного инвертора

• 2. После фильтрации сетевого напряжения, выпрямленное напряжение составляет 310 В для однофазных и 635 В для трехфазных инверторных источников, отсюда понятна низкая надежность работы инверторов в условиях повышенной влажности, запыленности и низких температур (более высокая вероятность электрического пробоя изоляции плат управления и электрического монтажа внутри источника).
• 3. В дополнение к вышесказанному, при выходе из строя одного элемента, авария распространяется далее. Например, выход из строя ключевых транзисторов высокочастотного преобразователя, сопровождается выходом из строя сварочного трансформатора, первичная обмотка которого разрушается со взрывом.

Для устранения этих недостатков, разработчики сварочного оборудования идут двумя путями:

первый путь — применение в инверторных сварочных источниках интеллектуальных силовых модулей (содержат в едином конструктиве ключевые элементы, защиту от перегрузок и блокировки, устройства согласования и гальванические развязки);

второй путь — отказ от управления сварочным источником по первичной стороне, т. е., используя низковольтные шины или многопостовые сварочные выпрямители типа ВДМ для группового питания, применить непосредственно преобразователи постоянного тока — регуляторы сварочного тока (чопперы, конверторы) для ручной дуговой, аргонодуговой и полуавтоматической сварки.

Первый путь позволяет решить проблему надежности сварочных инверторов, но стоимость конечного изделия вырастает при этом в 2…2.5 раза. Недостатком является также то, что такой сварочный инвертор практически неремонтопригоден в условиях даже современных сварочных производств.

Второй путь более революционен, исходя из сложившейся на рынке России конъюнктуры. Стоимость регулятора сварочного тока при этом, соизмерима со стоимостью тиристорных выпрямителей, поэтому в экономическом плане, применение сварочных регуляторов выгоднее, т.к. позволяет получить недорогой и качественный сварочный высокочастотный аппарат. В техническом плане, первый и второй пути одинаковы, т.к. позволяют получить одинаковые выходные технические параметры сварочного источника.

На рис. 2 приведена блок-схема регулятора.

Рис. 2 Блок-схема сварочного регулятора тока — конвертора

При анализе структурной схемы регулятора легко можно убедиться, что имеется только одна ступень преобразования против трех ступеней у инвертора, отсутствует сварочный трансформатор. Поэтому, очевидно, что надежность сварочного регулятора значительно выше, чем у сварочного инвертора, потому, что непосредственные преобразователи постоянного тока не обладают ни одним из вышеперечисленных факторовснижения надежности, типичных для инверторов.

КПД конверторов составляет не менее 98%, КПД многопостовых выпрямителей — не менее 95%.

Конвертор сварочный универсальный типа КСУ-320 предназначен для ручной дуговой сварки. Имеет регуляторы горячий старт, ток короткого замыкания, цифровой индикатор тока дуги.

Конвертор сварочный КСУ-400 предназначен для ручной дуговой и полуавтоматической сварки, имеет переключатель режима сварки, цифровые индикаторы тока дуги и напряжения на дуге, встроенную плату управления сварочным приводом, регуляторы задержки продувки газа, растяжки дуги, режим мягкого старта.

Рабочая частота обеих конверторов — более 16 кГц. Питание осуществляется от многопостовых сварочных выпрямителей типа ВДМ-6303Си ВДМ-1202С с напряжением холостого хода 60−90 В, без дросселя насыщения. Использование с многопостовыми сварочными выпрямителями типа ВКСМ не рекомендуется, ввиду сильных бросков тока при включении. На рис. 3 показаны варианты исполнения, удаление от многопостовых выпрямителей и требуемые сечения сварочных кабелей. В таблицах 1,2 приведены таблицы технических характеристик конверторов КСУ-320 и КСУ-400.

Таблица 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КСУ-320.

Таблица2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КСУ-500.

Рис. 3 Вариант применения КСУ-320 для ручной дуговой сварки и КСУ-400, КСУ-500 для полуавтоматической.

Конверторы имеют следующие основные технические решения:

• · При использовании в качестве источника питания выпрямителя ВДМ-6303С можно использовать до 6 КСУ, при использовании выпрямителя ВДМ-1202С — до 12 КСУ.
• · Специальная плата управления обеспечивает наложение на сварочную ванну специальных колебаний, что обеспечивает при ручной дуговой сварке снижение содержания диффузионного водорода в сварном шве на 20−25% по сравнению со сваркой на любом тиристорном или инверторном сварочном источнике.
• · Исключается взаимное влияние постов при сварке, сварочный режим каждого поста стабилизируется при изменении питающего напряжения в диапазоне 60−90 В.
• · Имеют минимальную зависимость от перекоса фаз питающей сети, что делает их идеальными для работы в полевых условиях.
• · Оказывает минимальное влияние на искажение формы синусоиды питающего напряжения при работе от дизельного генератора (между многопостовым выпрямителем и генератором).
• · Конверторы позволяют удалять сварочные посты на расстояние до 200 м от многопостового сварочного источника (типа ВДМ).
• · Конверторы имеют встроенный блок снижения напряжения холостого хода.
• · Наибольшая эффективность применения КСУ-320 достигается при сварке высоколегированными электродами из нержавеющих сталей, за счет снижения длины огарка электрода.

Наиболее тщательные испытания и промышленная апробация КСУ-320 проведена на ПО «СЕВМАШ», Северодвинск, где с 2004 г. эксплуатируется более 100 штук КСУ-320. Составлен подробный технический отчет сравнительных характеристик использования инверторных источников и сварочных регуляторов фирм Польши, Италии, Германии и регулятора КСУ-320. Показано преимущество КСУ-320 над зарубежными аналогами.

Установлено, что только за счет экономии электроэнергии, окупаемость и получение прибыли от использования КСУ-320 вместо использования многопостовых выпрямителей с балластными реостатами происходит на втором году внедрения.

Срок окупаемости значительно снижается за счет высоких сварочно-технологических свойств нового изделия.

Установлено, что в случае использования КСУ — 320 для сварки низколегированных сталей, коэффициент наплавки металла выше нормы на 5−8% по сравнению с традиционными тиристорными и многопостовыми сварочными установками. Разбрызгивание при сварке на КСУ-320 незначительное или отсутствует, формирование шва мелкочешуйчатое. При этом установлено, что расход электродов УОНИ13/55, необходимый для наплавки 1 кг металла снизился на 3%. В стоимостном выражении эта экономия составляет 0,07 $ на 1 кг наплавленного металла. При годовом объеме 3000 кг наплавленного металла, экономия составит 210 $ или 150 кг электродов на 1-ом посту.

Это позволяет снизить время окупаемости при сварке низколегированных сталей примерно на 1 квартал и обеспечить получение прибыли от применения КСУ-320 в первом полугодии следующего после внедрения года.

При сварке высоколегированными электродами из нержавеющих сталей типа ЭА-400/10У, по данным ПО «СЕВМАШ», отходы электродов при сварке на КСУ-320 по сравнению с ВДМ-1202С, снижаются не менее, чем на 7−8%, разбрызгивание электродного металла — на 4−5%, снижение потерь на исправление брака составляет 1,5−2%. Это позволило получить прибыль от применения КСУ-320 в первом полугодии года внедрения, за счет высокой стоимости сварочных материалов.

Увеличивается объем применения КСУ-320 в таком традиционном для группы предприятий ИТС направлении, как нефтегазовая отрасль. Общий объем продаж в этом направлении составляет не менее 50 КСУ-320, эксплуатация которых ведется на открытых монтажных площадках, при питании многопостовых выпрямителей от дизельных генераторов, при температурах окружающего воздуха до -400С. Потребители отмечают более высокую надежность КСУ-320 по сравнению с традиционными инверторами и отсутствие влияния на питающую электрическую сеть, что традиционно для отечественных и импортных сварочных инверторов. Конвертор КСУ-400 — новое изделие. Промышленная оппробация будет проведена на предприятиях судостроения в конце 2006 года. Отличительной его особенностью является расположение платы управления сварочным приводом в конверторе, а не в механизме подачи, а также соответствующие регулировки сварочного цикла. Это делает возможным использование вместе с КСУ-400 любого механизма подачи из всей гаммы, выпускаемой группой предприятий ИТС. Технологически конвертор ориентирован на сварку порошковыми проволоками в защитных газах и проволокой сплошного сечения в смеси газов. Режима сварки корневого прохода с формированием обратного валика на весу в режиме сварки в защитных газах на нем не имеется. Имеет исполнение с выносным блоком питания, включающим трансформатор с жесткой внешней ВАХ. Это позволяет осуществлять его питание не только от шинопроводов, подключенных к многопостовому выпрямителю, но и от обыкновенной трехфазной сети.