Защита инвертора от осциллятора — Яхт клуб Ост-Вест
При работе с аппаратами электродуговой сварки возбуждение электрической дуги осуществляется соприкосновением электрода и заготовки. Не всегда зажечь дугу удается с первого касания.
Иногда для возбуждения дуги касание приходится заменять неоднократным постукиванием, чтобы пробить непроводящий слой окисла на поверхности заготовки.
Выполнение тонких сварочных работ с цветными металлами производится на малых токах, усугубляющих нестабильность зажигания дуги. Для решения проблем подобного рода используется так называемый осциллятор. Его используют при сварке в среде аргона, которая как раз и применяется к цветным металлам и сплавам.
Принцип работы
Осциллятор предназначен для бесконтактного розжига сварочной электрической дуги и поддержания ее стабильности в процессе дальнейшей работы. Прибор является дополнением к используемому аппарату электродуговой сварки, и может располагаться в одном корпусе с ним.
Основная идея применения осциллятора заключается в следующем. На электрод обычного сварочного аппарата поверх номинального напряжения сварки накладываются импульсы повышенного напряжения и частоты.
Амплитуда импульсов достигает 3000 – 6000 Вольт, частота – от 150 до 500 кГц. Эти высокочастотные импульсы имеют очень малую длительность, мощность сигнала составляет 200 – 300 Ватт.
Такая мощность импульсов слишком мала, чтобы они могли служить генератором сварочного тока, их роль заключается в кратковременном электрическом пробое воздушного промежутка.
Работает осциллятор следующим образом. Сварщик приближает кончик электрода к свариваемой заготовке на расстояние около 5 мм.
Нажимает кнопку, которая обычно располагается в удобном месте держателя электрода (или горелки, как называют держатель электрода в аргонодуговых аппаратах), запуская осциллятор.
Электрические импульсы высокой частоты напряжением несколько киловольт мгновенно ионизируют воздушный промежуток, который при этом пробивается тонким разрядом.
Поскольку ионизированный воздух становится электропроводящим, по нему начинает протекать сварочный ток основного аппарата, то есть, загорается полноценная сварочная дуга.
Далее в процессе работы импульсы, генерируемые осциллятором, поддерживают горение основной сварочной дуги в моменты, когда возникают предпосылки для ее гашения.
Например, ошибочное движение руки сварщика, случайно увеличившее воздушный промежуток, не приводит к немедленному гашению дуги, и процесс может продолжаться.
Устройство
Таким образом, применение осциллятора для сварки позволяет повысить стабильность работы сварочного аппарата и качество выполняемой работы за счет обеспечения следующих возможностей:
- дистанционный розжиг электрической дуги;
- сохранение устойчивости дуги при случайном изменении величины воздушного зазора.
Основными элементами осциллятора являются: трансформатор, обеспечивающий повышение сетевого напряжения 220 Вольт до 3 – 6 кВ, колебательный контур, генерирующий колебания высокой частоты, а также искровой промежуток.
Очень часто осцилляторы используются совместно с аппаратами аргонодуговой сварки, поскольку именно такими аппаратами производятся работы с цветными металлами. В этом случае, включение прибора синхронизируется с клапаном, открывающим каналы подачи аргона.
Подключение
Схема подключения осциллятора к основному сварочному аппарату зависит от конструкции прибора. Прежде всего, осциллятор должен быть подключен к питанию 220 Вольт.
Подключение к сварочному аппарату может быть двух типов: параллельное и последовательное. На рисунке ниже представлены варианты подключения осциллятора, а также пример компоновки прибора, выполненного в виде отдельного блока.
При параллельном подключении, выводы осциллятора присоединяются к сварочному электроду и заготовке. При последовательном варианте, осциллятор включается в разрез кабеля, питающего сварочный электрод.
Можно найти большое количество схем и описаний этого полезного прибора, пользуясь которыми, его несложно сделать своими руками. Устройство не содержит дорогих и дефицитных деталей и доступно для исполнения человеку с начальными познаниями в электротехнике.
Применение
Основное применение данного прибора, как уже было сказано выше, относится к сварке цветных металлов, хотя и не ограничивается этой сферой. Описываемое устройство с успехом может применяться в сочетании со сварочными аппаратами любого типа.
Использование осциллятора с трансформатором для сварки переменным током, позволяет устранить недостатки этого вида сварки, порождающие нестабильное горение дуги.
Более того, в этом варианте становится возможным кроме штатных электродов, использовать при сварке электроды, предназначенные для работы с постоянным током.
Это расширяет технические возможности сварочных трансформаторов переменного тока и позволяет с их помощью выполнять сварочные соединения, по качеству не уступающие тем, которые выполнены сваркой на постоянном токе.
Использование осциллятора для работы с инвертором дает возможность производить сварочные работы с меньшими значениями токов, следовательно, работать с более тонкими и деликатными заготовками.
Осциллятор, предназначенный для сварки алюминия, часто сочетается с аппаратом аргонодуговой сварки. Алюминий является одним из самых «капризных» цветных металлов, не прощающих сварщику малейшей ошибки.
Он склонен к разбрызгиванию и быстрому сквозному прогару благодаря низкой температуре плавления. По этой причине, именно для работы с этим металлом актуально применение технологий, позволяющих работать малыми токами с высокой стабильностью сварочной дуги.
Примеры схем
Если есть желание сделать осциллятор самостоятельно, то стоит обратить внимание на самые простые схемы.
На приведенной ниже схеме представлен аппарат непрерывного действия, поэтому подключение к сети осуществляется исключительно через трансформатор. Чтобы собрать данную схему, не придётся использовать дорогостоящие элементы.
Недостатком является выбор тиристоров. Их надо подбирать, что называется, методом «тыка», пробовать, при каких тиристорах сварочная дуга наиболее устойчива.
Вторая схема самодельного осциллятора для сварки так же достаточно проста и лишена недостатков предыдущей. Собрать по ней устройство можно с минимальными навыками в монтаже электросхем.
На третьей схеме более подробно представлены элементы сборки.
При сборке надо помнить о технике безопасности, поскольку устройство работает с большими токами.
В общем, есть сварочный инвертор для ручной дуговой сварки и сварочный осциллятор последовательного включения. Задача – организовать их совместную работу (чтобы дуга зажигалась без соприкосновения электрода с изделием). Проблема – для их совместной работы необходима так называемая развязка, то есть устройство для защиты инвертора от высокого напряжения. Вопрос – из чего сделать эту самую развязку?
Если подключить параллельно выводам инвертора нихромовую спираль от электроплиты на 220 вольт, этого будет достаточно, чтобы инвертор не пробило?
. гм. Осциллятор для трансформаторного сварочника.
kolli написал :
Если подключить параллельно выводам инвертора нихромовую спираль
, то закоротите осциллятор и толку ноль. По моему не стоит возится с этим осциллятором. Где-то в теме про ресанту встречалось самодельное устройство для повышения напряжения на клеммах инверторного сварочника, поищите.
Немного не в тему , но .
Осциллятор для сварки является важным прибором для проведения подобных работ в различных промышленных производствах. Также может применяться и в домашнем хозяйстве. Однако не всегда стоит приобретать подобные устройства, хотя спрос на них велик. Ведь можно без проблем сделать осциллятор своими руками.
Принцип действия прибора
Вне зависимости от того, куплен ли осциллятор для инвертора или сделан самостоятельно, его основное предназначение состоит в создании стабильной работы сварочной дуги. Частота прибора — 50 герц при номинальном напряжении 220 вольт. Выходные же параметры могут изменяться до 300 тысяч герц и 2500 вольт. Такая работа осциллятора создает импульсы периодом до нескольких десятков микросекунд. Сходные параметры работы, когда ток высокой частоты проходит в сварочную цепь, обусловлены высокой мощностью от 250 до 350 ватт.
Из чего состоит осциллятор
Изготовленный своими руками сварочный прибор имеет возможности, которые соответствуют осуществлению сварочных работ на производстве или в домашних условиях. Применяя его, можно произвести сварку алюминия и других похожих по свойствам металлов.
Основные электрические составляющие данного аппарата:
- Разрядник;
- Катушки дросселей;
- Стандартный и высокочастотный трансформатор;
- Колебательный контур.
Контур, который создается с участием конденсатора и трансформатора высокой частоты, позволяет создавать затухающие искры. При этом конденсатор защищает само устройство и работника от воздействия электричества и возникающих в результате травм. При пробое электрическая цепь размыкается специальным предохранителем.
Порядок изготовления осциллятора
Если вам предстоит сваривать преимущественно алюминиевые детали, то можно изготовить сварочный агрегат своими силами. Монтаж осуществляется одной из наиболее известных схем:
- Для начала подбирается надежный трансформатор, который способен обеспечить увеличенную подачу напряжения от стандартных 220 до 3000 вольт;
- Затем необходимо произвести установку разрядника, который будет пропускать искру;
- После чего следует присоединение еще одного важного элемента. Таковым является колебательный контур с блокировочным конденсатором, который способен генерировать высокочастотные импульсы, чтобы добиться необходимых показателей.
Осциллятор готов к работе, его основным элементом является колебательный контур. Обязательным должно быть наличие блокировочного конденсатора. Все это помогает создать необходимые импульсы. В результате сварочная дуга обладает стабильностью и процесс ее зажигания становится проще.
Процесс работы достаточно простой. После запуска начинает загораться разрядник, создающий частотные импульсы. За это ответственнен высоковольтный трансформатор. Высокомагнитное поле появляется через дугу, затем преобразовывается с помощью катушки, изготавливаемой путем наматывания сварочного кабеля. Плюс идет на горелку, а минус на деталь, в результате газ будет поступать через клапан в горелку. Начинается процесс сварки.
Перед созданием такого устройства следует внимательно ознакомиться с чертежами. Даже начальные познания в электротехнике вкупе с навыками конструирования помогут без серьезных проблем изготовить данный осциллятор. Еще важно соблюдать технику безопасности и помнить о вероятности поражения электрическим током.
Особенности изготовления
Если планируется использование аппарата исключительно в домашнем хозяйстве, то можно изготовить инверторный осциллятор самостоятельно, поскольку у производителя такие приборы весьма дорогие. Необходимо также обладать опытом сборки подобных устройств и знаниями электричества.
Немаловажным является грамотная эксплуатация устройства, ибо при несоблюдении техники безопасности можно получить серьезные травмы. Тщательно подойдите к сборке техники, выбирайте исключительно такие компоненты, которые подходят по своим характеристикам. Соблюдение всех рекомендаций значительно облегчает сборку осциллятора в домашних условиях. Достаточно наличия соответствующих инструментов и деталей.
Осциллятор для сварки является важным инструментом как на производстве, так и в домашнем быту. С его помощью обеспечивается стабильная и сильная дуга, помогающая сваривать различные алюминиевые конструкции. Знание соответствующих разделов физики и электротехники облегчает в соответствующей степени работу и создание подобных устройств. При этом нельзя забывать и о грамотной эксплуатации осциллятора, ведь есть вероятность получить травмы при поражении электрическим током. Удачного создания сварочных осцилляторов!
zulkov_ru |
Осциллятор для сварки: принцип действия устройства, виды
В работе с электродуговой сваркой необходимо обладать определенным навыком. Он потребуется не только при формировании шва, но и уже на начальной стадии, когда происходит процесс розжига дуги. В классическом представлении дуга возникает в результате соприкосновения электрода с поверхностью металла. Чтобы 1 см воздуха стал проводником, необходимо приложить разность потенциалов примерно в 30 тысяч вольт. Естественно, такое напряжение слишком высоко даже для современных инверторов, поэтому единственной возможностью зажечь дугу является соприкосновение с постепенным удалением электрода.
Результат такой манипуляции напрямую зависит от мастерства сварщика, однако даже профессионалы не гарантируют того, что стабильная дуга образуется после первого соприкосновения.
Зачастую сварщик совершает колебательные движения держателем, выполняя при этом постукивания о поверхность детали с целью нарушения слоя окисла. Особенно явно такие сложности возникают при работе с цветными металлами. Если учесть то, что по регламенту сварка цветных металлов ведется малыми токами, то вероятность получить стабильную дугу резко снижается.
Избежать подобных проблем помогает устройство, более известное, как осциллятор для сварки. Он выступает в качестве дополнительного оборудования к источнику питания при ведении аргонодуговой сварки. Для его использования мастер обязан обладать достаточным объемом знаний, начиная от устройства и заканчивая способом подключения.
Принцип действия и назначение
Применение осциллятора позволяет обеспечить бесконтактный розжиг дуги, что существенно облегчает задачу сварщика, а также влияет на стабильность электрической дуги в процессе работы. Хотя мы отметили, что устройство является обособленным элементом, иногда оно интегрировано в сварочный инвертор, то есть, источник питания и осциллятор находятся в одном корпусе. При достаточном объеме знаний в области электроники и электричества возможно изготовление самодельного осциллятора. Именно на этом обычно концентрируют свое внимание читатели, так как экономия денежных средств всегда выглядит привлекательно.
Начнем с того, что сформулируем основную идею работы данного устройства. При работе сварочного инвертора на электроды подается напряжение 220 В. Если сварка ведется переменным током, то его частота составляет 50 Гц. «Поверх» этого напряжения в импульсном режиме подается высокая разность потенциалов и высокая частота. Количество таких импульсов, как правило, невелико. Добавочный высокочастотный ток должен лишь разжечь дугу. На это уходят доли секунды. Для качественно оценки следует подчеркнуть, что амплитуда колебаний напряжения достигает 6 кВ, а частота при этом составляет 500 кГц. Но за счет малой продолжительности импульса мощность электрического тока не превышает 300 Вт.
Среди пользователей возникает лаконичный вопрос: «Может ли осциллятор генерируемым током проводить сварку металлов?». Действительно, это было бы логично, однако низкая мощность не позволяет расплавить металл и присадку, поэтому импульс используется исключительно для пробоя воздушного зазора. В задачи сварщика входит лишь приближение электрода на расстояние примерно 5 мм и нажатие кнопки. В осцилляторах интегрированного типа кнопка локализуется прямо на держателе. Длительность импульса соответствует времени удержания кнопки. Далее сварка проводится в обычном режиме.
Высокочастотный ток протекает через диэлектрик (воздух) после активной ионизации. Практически моментально возникает дуговой разряд. Одновременно ионизированный воздух становится проводником, и основной ток сварочного аппарата течет, образуя электрическую дугу. Если процесс сварки автоматизирован и инвертор обладает микропроцессором, то осциллятор в процессе формирования шва автоматически включается при необходимости, когда возникает тенденция гашения дуги. Примером может служить ситуация с перепадом напряжения или случайного движения руки сварщика в сторону. В результате работы осциллятора можно получить качественный и равномерный шов.
Устройство и работа
Если с назначением осциллятора разобраться не так сложно, то для понимания его работы потребуются некоторые знания в области физики. Первым делом необходимо понимать, что с помощью этого прибора мы получаем дистанционный розжиг дуги и в процессе сварки стабильную дугу, которая статична по отношению к изменяющемуся зазору между электродом и поверхностью металла.
Осциллятор принципиально состоит из нескольких блоков:
- Повышающий трансформатор служит для преобразования амплитуды напряжения.
- Колебательный контур, имеющий классическое строение. Он состоит из конденсатора и катушки индуктивности. В этом контуре возникают высокочастотные колебания.
- Разрядник. Его основной элемент – воздушный зазор, в котором возникает искра.
Естественно, нами не учтены различные датчики, обеспечивающие автономность работы и систему контроля. При реализации интегрированной схемы, когда осциллятор является составной частью аргонодугового инвертора, устройство оснащено клапаном подачи газа. Последний управляется микропроцессором и подает аргон в нужный момент времени. Осциллятор оснащен системой безопасности, обеспечивающей бесперебойную работу электрической цепи, а также сохранность жизни и здоровья самого сварщика. От поражения электрическим током защищает конденсатор. В случае его пробоя в работу вступает плавкий предохранитель, размыкающий цепь при превышении силы тока.
Алгоритм работы осциллятора можно представить в виде последовательности процессов. Рабочее напряжение бытовой сети поступает на первичную обмотку повышающего трансформатора. После преобразования тока на вторичной обмотке индуцируется ЭДС заданной величины (5-6 тысяч вольт). На данный момент частота тока равна промышленной частоте, то есть, 50 Гц. К обмотке вторичной катушки подключен конденсатор колебательного контура. Он начинает заряжаться, но так как собственная частота колебательного контура превышает частоту тока на обмотке, то в контуре возникают колебания. Изначально контур разомкнут, но пробой в разряднике играет роль своеобразного ключа и замыкает цепь. Колебания тока в контуре поступают на электрод.
Одним из примечательных свойств конденсатора является пропускание переменного электрического тока. Емкостное сопротивление с повышением частоты уменьшается. Блокировочный конденсатор является препятствием для низкочастотного тока, которым питается сам инвертор, однако пропускает высокочастотный ток. Таким образом, обеспечивается защита осциллятора от короткого замыкания.
Виды, подключение
По принципу работы устройства делятся на два типа:
- Осцилляторы непрерывного действия.
- Осцилляторы импульсного действия.
При работе осциллятора первого типа сварочный ток суммируется с высокочастотным током высокого напряжения. Зажигание дуги происходит без непосредственного контакта электрода с поверхностью металла. При малом значении силы тока дуга остается стабильной. Исключается разбрызгивание металла и поражение сварщика электрическим разрядом. Такой осциллятор может быть включен в сеть последовательно или параллельно. При последовательном соединении устройство включается в разрыв кабеля электрода. Подобное подключение позволяет использовать осциллятор более эффективным образом. Нет потери энергии на обеспечение защиты от высокого напряжения.
Импульсный осциллятор подключается параллельно и используется преимущественно в тех случаях, когда требуется вести сварочные работы переменным током. Вся сложность заключается в том, что устройство должно реагировать на смену полярности, причем за минимальное время. Поддержать дугу, повысив ее стабильность, может только ток высокой частоты импульсного типа. Если применить при такой сварке аппараты непрерывного действия, то дуга будет получена без особых проблем, однако повторное ее зажигание уже невозможно, то есть осциллятор будет выполнять только одну свою функцию.
Наличие в схеме конденсаторов позволяет сделать более функциональное устройство. Накопленный электрический заряд позволяет производить повторные импульсы и поджигать дугу в процессе формирования шва, если сварщик случайно отклонил электрод на большое расстояние. В схеме устройства без обратной связи не обойтись. Именно управляющая система обеспечивает синхронизированный разряд конденсатора.
виды и характеристики, принцип работы, схема сборки своими руками
Без сварочных работ трудно представить современный мир. Даже в быту время от времени приходится выполнять некоторые сварочные работы. Для облегчения сварочного процесса нержавейки или цветных металлов необходим осциллятор.
Этот аппарат может зажигать электрическую дугу без контакта с поверхностью детали и поддерживать горение, необходимое для сварки. Для бытовых нужд необязательно приобретать промышленное изделие, поскольку вполне можно собрать осциллятор своими руками в условиях дома или небольшой мастерской.
Принцип работы осциллятора
При сварках где участвуют цветные металлы обычно применяют аргонодуговые аппараты, в которых вольфрамовые электроды подплавливают края и создают своеобразную ванну. Алюминиевый материал и нержавеющую сталь сшивают, когда источником напряжения и тока является инвертор.
В любых случаях наблюдается одна и та же проблема — первоначальное разжигание дуги. При работе с цветными металлами постукивают электродом по поверхности, в результате чего образуются трещины и следы, которые требуют дальнейшей обработки. Осциллятор — это то, что нужно для аргонной сварки.
Если лист металла тонкий, то при работе на небольших токах дуга постоянно тухнет. Неоднократное и постоянное её возбуждение забирает рабочее время. Для предотвращения подобных ситуаций тоже необходим осциллятор.
Сборка этих приборов может быть разная, но все они необходимы для возбуждения сварочной дуги между электродом и изделием на расстоянии около пяти миллиметров. Осциллятор размещают между источником тока и горелкой с электродом из вольфрама.
Принцип работы заключается в изменении входящего напряжения в высокочастотные короткие импульсы. Эти импульсы суммируются со сварочным током и принимают активное участие в розжиге. Можно собрать такой осциллятор для инвертора своими руками.
Эти устройства могут питаться от переменного или постоянного тока и повышают как значение напряжения, так и частоту электротока. Если на вход прибора подать напряжение 220В с частотой тока в 50 Герц, то на выходе получится напряжение от 2500 до 3000В при частоте от 150 000 до 300 000 Герц. Полученные импульсы имеют продолжительность десятков микросекунд.
Номинальная мощность таких устройств примерно 250–350 Ватт.
Функциональная схема
Технические характеристики каждого прибора зависят от его конструкции и свойств элементов на схеме. Принципиально агрегат состоит из таких элементов:
- Колебательный контур. Он собран из индуктивной катушки и конденсатора. Катушка представляет собой вторичную обмотку трансформатора высокой частоты. Сам контур генерирует необходимые искры.
- Разрядник.
- Катушки дроссельные. Их количество — две единицы.
- Высокочастотный повышающий трансформатор. Он преобразует входные параметры напряжения в высокочастотные колебания.
Прибор также содержит вспомогательные электрические детали, которые отвечают за безопасность использования агрегата. Это защитный конденсатор, предохраняющий работника от поражения электрическим током и предохранитель.
Предохранитель должен срабатывать при коротком замыкании и пробое конденсатора.
Входное напряжение, проходя через обмотки повышающего трансформатора, проходит через колебательный контур и начинает зарядку конденсатора. Затем, после зарядки последнего до необходимой ёмкости, происходит разряд и возникает пробой. Пробой вызывает короткое замыкание колебательного контура, вследствие которого возбуждаются резонансные колебания. Ток высокой частоты, создающий эти колебания, через защитный конденсатор и обмотки катушки доходит до сварочной дуги.
Защитный конденсатор свободно пропускает высокочастотный ток, который отличается также большой величиной напряжения. Но этот блокировочный конденсатор не способен пропускать ток низкой частоты, так как обладает большим сопротивлением. Это свойство мешает пройти низкочастотному току от сварочного прибора и является надежной защитой от короткого замыкания.
Последовательность процесса сварки
Невзирая на некоторые отличия в сборке, использование устройств этого класса проходит по одному сценарию. Можно так представить последовательность работы прибора:
- Сварщик на горелке нажимает кнопку «Пуск».
- Выпрямитель на входе получает напряжение из сети, выпрямляет и отправляет на накопитель.
- Накопительный узел заряжается.
- После срабатывания накопительного конденсатора, освобождается импульс.
- Импульс поступает на высокочастотный трансформатор и преобразовывается в высоковольтный импульс.
- Одновременно срабатывает клапан газа и выходит аргон из аргонно содержащей камеры.
- После короткого разряда тока, дуга зажигается в газовом облаке и начинается процесс сварки.
- Когда начинает работать сварочный ток с силой, превышающей пять ампер, то импульс затухает. Происходит процесс сварки с установленными на аппарате значениями. При потере контакта возникает следующий импульс для возрождения дуги.
- Когда сварка заканчивается, прибор завершает процесс.
При изготовлении аргоновой горелки своими руками, конструкция может быть упрощена и прибор становится полуавтоматом. В этом случае при случайном завершении процесса сварки надо вручную включать бесконтактный поджиг, нажимая кнопку «Пуск».
Виды осцилляторов
Устройства этого типа в зависимости от вида работ, могут быть кратковременного или постоянного действия. Таким образом, осцилляторы делятся на:
- Устройства непрерывной работы.
- Аппараты с импульсным питанием.
При сварке тонких листовых материалов лучше подходит прибор постоянного действия, так как розжиг будет производиться сразу при поднесении к заготовке. В процессе сварки горение будет ровное и все время поддерживаться. В результате получится чистый и аккуратный шов.
Для безопасности рекомендуется последовательное соединение устройства. Если предусмотрено параллельное подключение, то надо установить защиту от напряжения. При выполнении работ с алюминием, которые выполняются исключительно на переменном токе, применяют импульсные аппараты.
Сборка в бытовых условиях
Для сборки прибора аргонной сварки своими руками из инвертора чаще всего используют распространенную и несложную схему.
В этой схеме главным элементом является повышающий трансформатор. Именно он увеличивает величину стандартного напряжения до трёх тысяч вольт. Самым проблемным узлом при сборке этого устройства является разрядник, который вырабатывает сильную искру. Разрядник и катушка индуктивности обеспечивают главное — они генерируют затухающие высокочастотные импульсы, которые зажигают дугу и поддерживают равномерное горение. Катушка и разрядник совместно с блокировочным конденсатором образуют узел колебательного контура.
Самодельные аппараты тоже могут быть выполнены по двум различным схемам. Они могут быть импульсного или непрерывного действия. Приборы, использующие принцип непрерывного действия менее эффективны и в их конструкцию надо обязательно включать блок защиты от напряжения. Импульсные устройства считаются лучше, удобнее и производительнее.
Основной деталью узла управления является кнопка. Она выполняет две функции: включение разрядника и контролирование подачи защитного газа в область сварки. Первичными данными при самостоятельной сборке являются детальные ответы на следующие вопросы:
- Применение для алюминия или нержавейки.
- Вид электрического тока — переменный или постоянный.
- Какое напряжение предусматривается.
- На какую мощность будет рассчитан прибор.
- Какая величина вторичного напряжения.
Сборка деталей производится на прямоугольной плате. Слева обычно располагается трансформатор высокой частоты, блок управления и предохранительный узел. В центральной части логично расположить разрядник с конденсатором колебательного контура и блокировочный конденсатор. Последний становится преградой для низкочастотного тока на пути к сварке. Место справа остается для дросселя.
Трансформатор выбирают исходя из потребностей по величине тока во вторичной обмотке. При этом катушку индуктивности лучше сделать сдвоенной. Тогда напряжение и величина тока оказываются более стабильными, а защита аппарата надежнее. Контуры подобны друг другу и состоят из:
- Конденсатора, запас которого по напряжению в первой части должен быть не менее 500В и 5–6 кВ для второй. Емкость первого конденсатора должна составлять не менее 0.3 мФ, а второго до 1 мФ.
- Варистора с напряжением во вторичной обмотке около 90–100 В (для первого каскада) и до 140–150 В во второй линии.
- Катушки индуктивности. Обе катушки имеют ферритовый стержень с намотанной на него медной проволокой сечением около 20 миллиметров квадратных с зазором не менее 0.8 миллиметров. В первом каскаде количество витков от семи, а во втором — меньше. Катушка второго каскада является фильтром и защитой от колебаний тока. Ток различной амплитуды может привести к нестабильному горению.
Для разрядника находят плату с ребрами теплоотвода. Эта плата охлаждает при срабатывании разряда. Электроды из вольфрама иногда заменяют на обычные. Главное, чтобы их диаметр составлял не менее двух миллиметров. Кончики электродов должны быть строго параллельны. При помощи специального винта делают возможной регулировку расстояния между электродами.
Чтобы получить максимальную стабильность, ко второй обмотке второго каскада подключают катушку от любого электрошокера. Для этого в схему устройства приходится подключать аккумулятор напряжением в шесть вольт. Он обеспечивает питание этой катушки.
Наличие аккумулятора не дает забыть, что время от времени всё устройство нужно осматривать и проводить регламентные работы. Первый каскад подключается к инвертору, а второй предназначен для сварочной горелки и заготовки, которую надо сварить. Корпус прибора должен иметь вентиляционные отверстия и быть влагозащищенным.
Правила эксплуатации
Применение осцилляторов несложно, но требует выполнения ряда правил. Тогда работа с прибором становится безопасной, удобной и продуктивной. Правила использования следующие:
- Применение этих устройств разрешено как в помещениях, так и на воздухе.
- В случае обильного снегопада или дождя лучше воздержаться от включения прибора при работе на улице.
- Температурный режим окружающей среды должен быть от -10 до +40 градусов по Цельсию.
- Влажность воздуха не должна быть больше 98%.
- Крайне не рекомендуются работать со сварочным аппаратом в помещениях где сильно накопилась пыль или едкие газы способные повредить металл или изоляцию.
- Обязательно перед включением нужно убедиться в наличии заземления.
- Защитный кожух прибора можно снимать только в выключенном состоянии. Во время сварки кожух должен быть надет.
- На рабочей поверхности разрядника не должно быть следов нагара или грязи. В случае загрязнения нужно вычистить кончики разрядника тонкой наждачной шкуркой.
При сборке осциллятора для инвертора своими руками необходимо также соблюдать правила поведения с электрическими устройствами. Необходимо строго соблюдать основные правила сборки электрических схем и использовать только те детали, которые обладают нужными характеристиками.
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!Осциллятор для инвертора своими руками
Качество работ при использовании инверторной аппаратуры во многом определяется сварочной дугой, ее стабильностью и надежностью. Однако, скачки и перепады сетевого напряжения могут привести к сбою, и дуга самопроизвольно выключается. Чтобы избежать подобных ситуаций и обеспечить стабильный рабочий режим, применяется специальный прибор – осциллятор для инвертора. Он подключается параллельно к основному устройству, а его функция заключается в непосредственном возбуждении дуги и поддержании ее во время всего сварочного процесса.
Электрическая схема осциллятора
Схемы и конструкции сварочных осцилляторов могут отличаться, исходя из условий эксплуатации и частоты использования.
Как правило, эти устройства подключаются двумя способами:
- Последовательно. Такое подключение позволяет сваривать заготовки из алюминия.
- Параллельно. Применяется во время работ с нержавеющей сталью и для краткосрочной сварки.
Типовая схема состоит из следующих электротехнических компонентов:
- Стандартная конструкция искрового одноконтурного разрядника. Эта деталь по сути является генератором и обеспечивает формирование затухающих колебаний. Он состоит из конденсатора и катушек индуктивности, соединенных параллельно между собой. Вольфрамовые электроды выполняют функцию контактов.
- Дроссели в количестве двух, также изготовленные на основе катушек индуктивности.
- Мощный повышающий трансформатор. Преобразует стандартное сетевое напряжение до 6000 В, а частоту – до 250 кГц.
- Трансформатор, установленный на выходе. Осуществляет передачу сформированного напряжения в цепь сварочного инвертора.
- Детали управляющей цепи. Сюда входит стабилизатор, регулировочные элементы пуска, контур обратной связи с датчиком тока.
- Элементы системы безопасности. Выполнены в виде предохранительных цепей, защищающих схему от перегрузок, а самого рабочего – от поражения электротоком.
Взаимодействие с инвертором
Принцип действия аппаратуры, стабилизирующей работу инвертора, состоит в дополнительной подаче высокого напряжения к электроду. Оно поступает периодически, вместе с основным выходным напряжением самого сварочного агрегата. Напряжение поступает в виде импульсов, имеющих характерную амплитудную модуляцию. Их параметры могут достигать 6 кВ, а частота находится в пределах 150-500 кГц.
Продолжительность сформированных импульсов незначительная, поэтому они отличаются очень маленькой скважностью, вполне достаточной для получения необходимой мощности – до 300 Вт. Их воздействие приводит к образованию кратковременного электрического пробоя между деталью и электродом, повышающего надежность контакта. Осциллятор запускается в тот момент, когда электрод приближается к металлу примерно на 5 мм. Под действием электрических импульсов воздушный промежуток ионизируется, после чего возникает мгновенный разряд.
Управление осциллятором производится специальной кнопкой, удобно расположенной на держателе. Если используется аргоновая сварка, то управляющая кнопка размещается непосредственно на горелке.
Благодаря высокой степени ионизации, электропроводность воздуха существенно повышается. Через этот промежуток происходит мгновенное течение дугового тока, сформированного в инверторе. В результате, сварочная дуга появляется и затем продолжает гореть в рабочем режиме. За счет импульсов этот процесс поддерживается непрерывно и не прекращается даже при случайном увеличении воздушного зазора. Ток, произведенный осциллятором, объединяется с током инвертора, и их совместных усилий вполне хватает для поддержания дуги в любых условиях.
Разновидности осцилляторов
Использование сварочного осциллятора возможно лишь в качестве дополнительного устройства. Сам по себе он не может обеспечить рабочий процесс, из-за малой мощности и невозможности к самостоятельному соединению и расплавлению металлов. Основное предназначение прибора заключается в зажигании дуги и поддержке ее стабильного состояния без контакта электрода с металлической поверхностью.
Подобного результата удалось добиться за счет генерации высокого напряжения с высокой частотой, способного пробить воздушное пространство между металлом и электродом. Создается зона ионизированного воздуха, по которой в дальнейшем начинается течение уже основного сварочного тока.
В зависимости от рабочих режимов, все осцилляторы можно условно разделить на следующие группы:
- Устройства непрерывного действия (рис. 1). Способны выдавать ток напряжением до 6000 вольт, частотой порядка 250 кГц. Этот дополнительный потенциал объединяется с основным сварочным током, способствуя мгновенному зажиганию дуги на определенном расстоянии от детали. Высокая частота обеспечивает стабильность, независимо от параметров инверторного тока. За счет малой мощности, дополнительный ток совершенно безопасен для сварщика. Прибор подключается к инвертору по параллельной или последовательной схеме. Последний вариант используется чаще и не требует дополнительной защиты от высокого напряжения.
- Импульсные осцилляторы (рис. 2). Очень удобны при выполнении сварочных работ переменным током. Данные устройства обладают способностью к постоянному поддержанию дуги при изменяющейся полярности электричества. Они легко зажигают дугу при отсутствии каких-либо контактов электрода и заготовки. В целом, импульсные приборы имеют некоторые преимущества перед непрерывно действующими осцилляторами.
- Приборы с использованием накопительных конденсаторов. Данные компоненты устанавливаются в общую схему и в дальнейшем обеспечивают работу устройства в режиме заряда-разряда. Наполнение конденсаторов энергией осуществляется с помощью зарядного модуля. В момент начала работы энергия заряженных конденсаторов отдается дуге. Затем они отключаются от схемы разряда и автоматически подключаются к зарядному модулю. При возникновении угрозы прерывания дуги происходит переключение конденсаторов на рабочую цепь сварочной аппаратуры.
Как самому изготовить прибор
При наличии определенных знаний и практических навыков работы с электроникой, изготовить осциллятор для инвертора самому не составит особого труда. Вариантов устройства может быть несколько, поэтому, выбирая наиболее подходящую схему, нужно обязательно определиться с условиями работы и другими исходными данными.
Как правило, учитываются следующие факторы:
- Целевое назначение аппаратуры. Желательно максимально точно определиться, с каким материалом придется работать. У каждого металла имеются свои особенности, которые учитываются при составлении схемы.
- Основные параметры тока и напряжения: переменный или постоянный, характеристики сетевого напряжения и т.д.
- Величина допустимой электрической мощности. Определяется мощностью входа обычных цепей, не превышающей 250 Вт. Увеличение этого показателя, неизбежно повлечет за собой повышение стоимости деталей и всего прибора в целом.
- Значение создаваемого вторичного напряжения, обычно, не более 3 кВт.
В домашнем хозяйстве чаще всего требуется сварка алюминиевых заготовок. Поэтому нужно выбирать схему, наиболее полно обеспечивающую именно этот вид работ. Вначале нужно выбрать подходящий трансформатор, способный повысить напряжение с обычных 220 до 3000 В.
На следующем этапе устанавливается разрядник, пропускающий искру. Далее производится включение в схему колебательного контура. В нем обязательно должен присутствовать блокировочный конденсатор, обеспечивающий генерацию импульсов высокой частоты. С его помощью прибор обретает все необходимые показатели. Сварочной дуге придается стабильность, а ее зажигание значительно упрощается.
По завершении сборки проверяется работоспособность готового устройства. Вначале выполняется пуск, вызывающий запуск разрядника и создание высокочастотных импульсов с помощью повышающего трансформатора. После возникновения дуги появляется мощное магнитное поле, которое попадает в катушку с обмоткой из толстого провода. Здесь это поле преобразуется в электрический ток, подключаемый плюсом к горелке, а минусом – к заготовке. В эту же горелку поступает газ, проходящий через специальный клапан и начинается сварка.
В варианте с электродами осциллятор для инвертора изготавливается уже по другим схемам, поэтому, чтобы не возникало путаницы, нужно заранее изучить готовый чертеж или составить собственную схему. Соблюдая все установленные правила, даже начинающий мастер соберет осциллятор.
Особенности эксплуатации
Комфортная и безопасная работа со сварочной инверторной аппаратурой во многом зависит от установленных правил, требующих обязательного соблюдения. В этом случае сварка алюминия, нержавейки и других цветных металлов будет качественной и надежной.
В процессе эксплуатации нужно обратить внимание на следующее:
- Осцилляторы совместно с инверторами могут использоваться внутри помещений и при выполнении наружных работ.
- Работая снаружи, нужно выбирать подходящие погодные условия, избегать дождя и снега. Температурный диапазон, при котором сохраняется нормальная работоспособность, находится в диапазоне от минус 10 до плюс 40С.
- Уровень влажности наружного воздуха должен быть не более 98%.
- Не рекомендуется эксплуатация приборов в помещениях и других местах с сильным запылением, где присутствуют едкие газы и пары, оказывающие разрушающее действие на металл и изолирующие материалы.
- Перед началом работ нужно убедиться в наличии заземления.
Как сделать аргонную сварку своими руками из инвертора
Аргонная сварка является незаменимым методом, с помощью которого можно создавать неразъемные соединения изделий из цветных металлов, титана, нержавеющей стали и других сплавов. К тому же, данный вид сварки отличается хорошим качеством шва и высокой производительностью. Универсальные возможности аргоновой сварки привлекают и домашних мастеров. Но данное оборудование имеет высокую стоимость, и для домашнего использования практически не покупается. Поэтому все больше мастеров начинают задумываться о изготовлении агрегата аргонной сварки своими руками.
Технология и применение аргонной сварки
Аргоновая сварка немного напоминает обыкновенную дуговую, но для защиты сварочной ванны в ней используется защитный газ — аргон. Данный инертный газ имеет ряд присущих только ему свойств.
- Поскольку аргон тяжелее воздуха на 38%, он хорошо проникает в сварочную ванну и защищает ее от газов, находящихся в атмосфере. Благодаря этому сварочный шов получается без образования оксидной пленки, что улучшает качество соединения.
- Аргон присутствует в воздухе, поэтому он является побочным продуктом, образующимся при получении кислорода и азота из атмосферы, и является самым недорогим среди защитных газов для сварки.
Процесс сварки в среде аргона происходит по следующему принципу. Буквально за 1 секунду до розжига дуги в горелку подается аргон. Сварщик подносит электрод к детали, приготовленной для соединения, и нажимает кнопку включения. Но поскольку для розжига дуги в среде защитного газа требуется его высокая ионизация, то в работу вступает осциллятор.
Осциллятор — это прибор, вырабатывающий высокочастотные и высоковольтные импульсы, способные ионизировать газ и зажечь дугу между электродом и заготовкой.
После розжига дуги в место соединения деталей подается присадочная проволока вручную или в автоматическом режиме. Детали свариваются за счет плавления присадки, металл которой попадает на расплавленные кромки соединяемых заготовок.
Традиционно под аргоновой сваркой подразумевают соединение металлов с помощью неплавящегося вольфрамового электрода, создающего дугу, и присадки в виде металлического прутка или проволоки. Данный тип сварки имеет международное обозначение “TIG”.
Применяется аргонная сварка в следующих сферах.
- Каркасное строительство. Сварные швы способны выдерживать постоянные нагрузки.
- Стыковка труб как стальных, так и из цветных металлов, в том числе труб из различных сплавов.
- Соединение разнородных металлов.
- Сращивание практически любых металлов между собой: титана, меди, алюминия, нержавейки, бронзы, латуни, чугуна и т.д. Особенно это важно для автомобилестроения.
- Изготовление декоративных и ювелирных изделий.
Элементы для сборки самодельного аппарата
Чтобы собрать оборудование для аргоновой сварки, потребуются следующие элементы:
- сварочный аппарат постоянного тока или инверторного типа;
- осциллятор;
- блок защиты инвертора;
- горелка;
- баллон с аргоном;
- газовый редуктор;
- газовый шланг;
- сварочные кабели.
Источник тока
В качестве источника тока для TIG сварки можно взять обычный сварочный трансформатор и на его выходе приспособить диодный мост для выпрямления тока. Также можно использовать сварочный выпрямитель. Но для обоих типов аппаратов потребуется добавить еще и осциллятор, который будет способствовать бесконтактному розжигу дуги.
На просторах интернета можно прочитать, что проще всего сделать аргонную сварку из инвертора. Но здесь имеется несколько нюансов. Существуют инверторы, в которых уже встроена возможность для TIG сварки. В таком случае достаточно подсоединить к аппарату рукав с горелкой для аргоновой сварки, подсоединить шланг к баллону с аргоном, и агрегат готов к работе. Но сначала нужно переключить его в режим TIG и выставить необходимую силу тока.
Следует заметить, что в таких инверторах уже встроен осциллятор и необходимая защита.
Инверторы без встроенной функции TIG сварки использовать для этой цели не получится. Даже если к нему подключить внешний осциллятор, то инвертор просто сгорит. Чтобы этого не произошло, понадобится небольшая переделка инвертора, которая заключается в добавлении в его схему блока защиты. Данный блок можно собрать вместе с осциллятором на одной плате и поместить ее в отдельный корпус. Получится небольшая приставка к инвертору.
Осциллятор и блок защиты
Как уже говорилось выше, для сварочного инвертора потребуется специальная приставка для TIG сварки. Ее можно собрать своими руками по схеме, предоставленной ниже.
Данная схема включает блок защиты (расположен слева) и осциллятор. Последний можно приобрести в Китае или собрать самостоятельно. Как собирается приведенная выше схема, можно узнать, посмотрев это видео.
Горелка
Для аргоновой сварки используется специальная горелка, состоящая из керамического сопла и держателя вольфрамового электрода.
Также на горелке расположены кнопка пуска и вентиль для подачи газа. Горелку можно собрать из комплектующих, которых достаточно на китайских сайтах, или там же купить уже готовую (собранную).
Баллон с аргоном
В целях безопасности все баллоны с газом принято окрашивать в разные цвета и наносить на них надписи тоже различных цветов. Ниже приведен рисунок, на котором показаны все разновидности газовых баллонов с соответствующей их содержимому маркировкой и цветом.
Как видно из рисунка, для аргона используют баллоны черного цвета (с белой полосой) либо серого цвета (с зеленой полосой и надписью). Для TIG сварки применяют очищенный аргон. Поэтому понадобится приобрести баллон серого цвета с зеленой надписью “Аргон чистый”.
Совет! Для профессионального использования используются баллоны емкостью около 50 литров, имеющие большой вес. Но для бытового использования будет достаточно баллона на 10 литров, который можно перемещать самостоятельно.
Редуктор
Поскольку газ в баллоне находится под большим давлением, то чтобы подать его на горелку, потребуется редуктор. Данный прибор показывает давление в баллоне и позволяет регулировать скорость потока газа по шлангу, ведущему к горелке.
Редуктор должен подбираться строго под определенный газ, то есть в данном случае – под аргон. Обычно прибор имеет такой же цвет, как и баллон с газом.
Шланг и сварочные кабели
Если собирать рукав для аргоновой сварки самостоятельно, то он получится толстым и плохо гнущимся, поскольку в него нужно поместить электрический кабель и газовый шланг. К тому же, потребуется отдельно приобретать разъемы для подключения к горелке и к инвертору (если использовать инвертор с возможностью TIG сварки). Готовый рукав для аргоновой сварки можно купить там же, где и горелку.
Алгоритм сборки сварочного аппарата
Сборка оборудования для аргоновой сварки из инвертора достаточно проста.
- Подключите к инвертору защитный блок с осциллятором согласно схеме, приведенной выше.
- Кабель массы необходимо подсоединить к клемме осциллятора со знаком “+“. Кабель, который идет к горелке, подключается к клемме со знаком “-”. Для сварки алюминия кабели подключаются наоборот.
- Подсоедините к рукаву с кабелем и газовым шлангом горелку.
- Прикрутите к баллону с аргоном редуктор.
- Газовый шланг необходимо подсоединить к редуктору, установленному на баллоне с аргоном.
- Подключите инвертор к сети 220 В, а осциллятор к блоку питания на 6 В.
После этого собранный своими руками сварочный аппарат TIG будет готов к работе. Но предварительно его следует правильно настроить.
Настройка готового оборудования
Самодельная установка для аргоновой сварки требует следующих настроек.
- Заточите вольфрамовый электрод на точиле, чтобы он стал похож на иглу. Делается это для того, чтобы дуга концентрировалась на конце иглы и не “гуляла” в разные стороны.
- Возьмите горелку и установите в нее вольфрамовый электрод. Диаметр электрода должен соответствовать цанге, в которой он закрепляется.
- Откройте вентиль на горелке и отрегулируйте необходимую скорость потока аргона с помощью редуктора (будет достаточно расхода 12-15 л/мин.), после чего снова закройте вентиль на горелке.
- Включите осциллятор и поднесите горелку с электродом к металлу, к которому подключен кабель массы.
- При нажатии кнопки включения между металлом и электродом на расстоянии около 0,5 мм должна появиться дуга.
- Включите подачу газа и снова нажмите на кнопку. В этом случае дуга должна поджигаться уже на расстоянии 10 мм и более.
После проведения вышеописанных несложных настроек можно сказать, что аппарат c функцией TIG полностью готов к работе.
Блок сварочного осциллятора от производителя
Сварочный осциллятор :
— подключается к любому сварочному трансформатору (MMA сварка) отечественному или импортному;
— надежно возбуждает и стабилизирует сварочную дугу;
— питается напряжением холостого хода вторичной обмотки сварочного трансформатора в пределах 40 – 80 В и потребляет около 3 Вт;
— абсолютно безопасно в применении, т.к. энергия пробоя составляет единицы миллиджоуля;
— может использоваться в широком диапазоне токов сварки от 0,2-1000А и выше;
— заметно уменьшает разбрызгивание металла при сварке;
— зажигать дугу на расстоянии 0,5-6мм без соприкосновения с металлом;
— сваривать переменным током ( электродами или в среде инертных газов ) алюминий, нержавейку, чугун, сталь, медь, латунь, бронзу, титан, цирконий, магний, а также алюминий со сталью, медью и др.;
— использовать электроды и переменного и постоянного тока, угольные электроды, а также неплавящиеся электроды при аргонодуговой сварке;
— при заданном токе, подбором диаметра электрода, можно сваривать толстые и тонкие металлы. Например: электрод диаметром 4мм, ток сварки 60А, можно варить тонкие металлы, а электродом 2мм при том же токе более толстые металлы;
— обеспечить мобильность при сварке различных металлов, что очень важно для сельских и удаленных местностей;
— в 1,5-2 раза повышать КПД сварочного аппарата, что приводит к экономии электроэнергии;
— производить сварку и при понижении сетевого напряжения до 180В и ниже лишь бы выходное напряжение было в пределах 40-80В.
Сварочный осциллятор сразу же был замечен работниками автосервисов, когда необходимо варить и алюминиевые детали и, если нет газа, но необходимо разогреть металл угольным электродом, осциллятор успешно с этим справляется. Во многих случаях, где использовались сварочные аппараты постоянного тока, теперь можно работать простыми сварочными трансформаторами, т.е. облегчается и удешевляется оборудование, с помощью которого можно делать работы, которые под силу лишь дорогостоящему оборудованию
Особый интерес представляет сварка тонких металлов, что является определенной проблемой и наша промышленность не выпускает сварочные трансформаторы на малые токи , т.к. зажигание проблематично. Сварочный осциллятор успешно решает проблему зажигания дуги малыми токами, причем электродами любого диаметра
Интерес вызывает сварка и высокотемпературная пайка разнородных металлов. Это направление, как и многие другие, требуют серьезной технологической проработки, но факт остается фактом, что обычным сварочным трансформатором с помощью осцилятора возможно соединение металлов, которые свариваются либо постоянным, либо переменным током, а в этом случае одним сварочным трансформатором можно варить и то и другое и даже соединить их вместе. Образец сварки алюминия со сталью медью имеется.
Уменьшенное разбрызгивание металла при производстве сварочных работ, мягкое и легкое зажигание особенно важно при сварке потолочного шва. Это было отмечено сварщиками
Возможно успешное применение сварочного осциллятора для обучения сварочным работам в ПТУ, т.к. она нарушает устоявшееся мнение о том, что варится постоянным током, а что только переменным, какой диаметр электрода можно применять для определенного тока. Это требует определенного разъяснения и усвоения.
Найдет применение осциллятор у творческих работников, при создании скульптур малых форм из металла и неметаллов, в ювелирной технике, в науке, в производстве различной электрической аппаратуры.
Хорошее сочетание сварочного осциллятора с импортными сварочными трансформаторами. Как правило, они рассчитаны на работу в импортных сетях 230В. Это существенно снижает их возможности при использовании в сельской местности , где из-за длинных линий понижено сетевое напряжение до 200В, а то и ниже. Резко уменьшается сварочный ток, и зажигание дуги ухудшается. Использование устраняет этот существенный недостаток и позволяет легко зажечь дугу даже при понижении напряжения сети до 180В. Появляется возможность варить цветные металлы, причем совершенно безопасно. Все перечисленные достоинства проявляются и в отечественных сварочных трансформаторах .
Использование устройств, в имеющихся у населения устаревших сварочных трансформаторах, позволит значительно расширить возможности сварочного аппарата, улучшить качество сварки и, что очень важно, облегчит работу сварщика и снизит потери электроэнергии.
Как работает инвертор, как ремонтировать инверторы — общие советы
В этом посте мы попытаемся узнать, как диагностировать и ремонтировать инвертор, всесторонне изучив различные этапы инвертора и как работает базовый инвертор.
Прежде чем мы обсудим, как отремонтировать инвертор, было бы важно, чтобы вы сначала получили полную информацию об основных функциях инвертора и его этапах. Следующее содержание объясняет важные аспекты инвертора.
Этапы инвертора
Как следует из названия, преобразователь постоянного тока в переменный — это электронное устройство, которое способно «инвертировать» постоянный потенциал, обычно получаемый от свинцово-кислотной батареи, в повышенный потенциал переменного тока. Выходной сигнал инвертора обычно вполне сопоставим с напряжением, которое имеется в наших домашних розетках сети переменного тока.
Ремонт сложных преобразователей частоты — непростая задача из-за большого количества сложных этапов, требующих наличия специальных знаний в данной области. Инверторы, которые обеспечивают выходы синусоидальной волны или инверторы, использующие технологию ШИМ для генерации модифицированной синусоидальной волны, могут быть трудными для диагностики и устранения неисправностей для людей, которые относительно плохо знакомы с электроникой.
Тем не менее, более простые конструкции инверторов, основанные на основных принципах работы, могут быть отремонтированы даже человеком, который не является специалистом в области электроники.
Прежде чем мы перейдем к деталям поиска неисправностей, было бы важно обсудить, как работает инвертор, и различные ступени, которые обычно может включать инвертор:
Инвертор в его самой основной форме можно разделить на три основных этапа, а именно. генератор, драйвер и выходной каскад трансформатора.
Генератор:
Этот каскад в основном отвечает за генерацию колебательных импульсов через микросхему или транзисторную схему.
Эти колебания в основном являются производством чередующихся положительных и отрицательных (заземляющих) пиков напряжения аккумуляторной батареи с определенной заданной частотой (числом положительных пиков в секунду). Такие колебания обычно имеют форму квадратных столбов и называются прямоугольными волнами. и инверторы, работающие с такими генераторами, называются инверторами прямоугольной формы.
Вышеупомянутые генерируемые прямоугольные импульсы слишком слабы и никогда не могут использоваться для управления сильноточными выходными трансформаторами. Поэтому эти импульсы подаются на следующий каскад усилителя для выполнения требуемой задачи.
Для получения информации об генераторах инвертора вы также можете обратиться к полному руководству, в котором объясняется, как спроектировать инвертор с нуля.
Бустер или усилитель (драйвер):
Здесь принятая частота колебаний соответствующим образом усиливается до высоких уровней тока, используя либо силовые транзисторы или МОП-транзисторы.
Хотя усиленный отклик является переменным током, он все еще находится на уровне напряжения питания батареи и поэтому не может использоваться для управления электрическими приборами, которые работают с более высокими потенциалами переменного тока.
Таким образом, усиленное напряжение подается на вторичную обмотку выходного трансформатора.
Выходной силовой трансформатор:
Все мы знаем, как работает трансформатор; в источниках питания переменного / постоянного тока он обычно используется для понижения подаваемого входного переменного тока сети до более низких заданных уровней переменного тока за счет магнитной индукции двух его обмоток.
В инверторах трансформатор используется для аналогичной цели, но с прямо противоположной ориентацией, то есть здесь переменный ток низкого уровня от вышеупомянутых электронных каскадов подается на вторичные обмотки, что приводит к индуцированному повышенному напряжению на первичной обмотке трансформатора.
Это напряжение, наконец, используется для питания различных бытовых электрических устройств, таких как фонари, вентиляторы, миксеры, паяльники и т.д. Принцип становится основой всех традиционных конструкций инверторов, от самых простых до самых сложных.
Функционирование показанной конструкции можно понять из следующих пунктов:
1) Плюс батареи питает микросхему генератора (вывод Vcc), а также центральный отвод трансформатора.
2) Микросхема генератора при включении начинает производить попеременно переключающиеся импульсы Hi / Lo на своих выходных контактах PinA и PinB с некоторой заданной частотой, в основном 50 Гц или 60 Гц в зависимости от спецификаций страны.
3) Видно, что эти распиновки связаны с соответствующими силовыми устройствами №1 и №2, которые могут быть МОП-транзисторами или силовыми BJT.
3) В любой момент, когда на PinA высокий уровень, а на PinB низкий, силовое устройство №1 находится в проводящем режиме, а силовое устройство №2 остается выключенным.
4) В этой ситуации верхний отвод трансформатора соединяется с землей через силовое устройство №1, которое, в свою очередь, заставляет положительный полюс батареи проходить через верхнюю половину трансформатора, запитывая эту часть трансформатора.
5) Аналогично, в следующий момент, когда на контакте B высокий уровень, а на контакте A низкий, активируется нижняя первичная обмотка трансформатора.
6) Этот цикл непрерывно повторяется, вызывая двухтактную проводимость высокого тока через две половины обмотки трансформатора.
7) Вышеупомянутое действие во вторичной обмотке трансформатора вызывает переключение эквивалентной величины напряжения и тока через вторичную обмотку посредством магнитной индукции, что приводит к выработке необходимых 220 В или 120 В переменного тока на вторичной обмотке трансформатора, как показано на схеме.
Преобразователь постоянного тока в переменный, советы по ремонту
В приведенном выше объяснении несколько моментов становятся очень важными для получения правильных результатов от преобразователя.
1) Во-первых, генерация колебаний, из-за которых силовые полевые МОП-транзисторы включаются / выключаются, инициируя процесс индукции электромагнитного напряжения на первичной / вторичной обмотке трансформатора. Поскольку полевые МОП-транзисторы переключают первичную обмотку трансформатора двухтактным образом, это вызывает переменное напряжение 220 В или 120 В переменного тока на вторичной обмотке трансформатора.
2) Вторым важным фактором является частота колебаний, которая фиксируется в соответствии со спецификациями страны, например, страны, которые поставляют 230 В, обычно имеют рабочую частоту 50 Гц, в других странах, где обычно указывается 120 В. работают на частоте 60 Гц.
3) Сложные электронные устройства, такие как телевизоры, DVD-плееры, компьютеры и т. Д., Никогда не рекомендуется использовать с преобразователями прямоугольной формы. Резкий подъем и спад прямоугольных волн просто не подходят для таких приложений.
4) Однако есть способы с помощью более сложных электронных схем для изменения прямоугольных волн так, чтобы они стали более подходящими с вышеупомянутым электронным оборудованием.
Инверторы, использующие другие сложные схемы, могут генерировать сигналы, почти идентичные сигналам, имеющимся в наших домашних розетках переменного тока.
Как отремонтировать инвертор
Если вы хорошо разбираетесь в различных ступенях, обычно встроенных в инверторный блок, как описано выше, устранение неисправностей становится относительно простым. Следующие советы проиллюстрируют, как отремонтировать преобразователь постоянного тока в переменный:
Инвертор «мертв»:Если ваш инвертор вышел из строя, выполните предварительные исследования, такие как проверка напряжения батареи и соединений, проверка на перегоревший предохранитель , потеря связи и т. д.Если все в порядке, откройте внешнюю крышку инвертора и выполните следующие действия:
1) Найдите секцию генератора; отключите его выход от каскада MOSFET и с помощью частотомера убедитесь, генерирует ли он требуемую частоту. Обычно для инвертора 220 В эта частота составляет 50 Гц, а для инвертора 120 В — 60 Гц. Если ваш измеритель не показывает частоту или стабильный постоянный ток, это может указывать на возможную неисправность этого каскада генератора. Проверьте его интегральную схему и соответствующие компоненты на предмет устранения проблемы.
2) Если вы обнаружите, что каскад генератора работает нормально, переходите к следующему каскаду, то есть каскаду усилителя тока (силовой полевой МОП-транзистор). Изолируйте полевые МОП-транзисторы от трансформатора и проверьте каждое устройство с помощью цифрового мультиметра. Помните, что вам, возможно, придется полностью удалить MOSFET или BJT с платы во время их тестирования с помощью цифрового мультиметра. Если вы обнаружите, что какое-то устройство неисправно, замените его новым и проверьте реакцию, включив инвертор. Желательно подключать лампу постоянного тока высокой мощности последовательно к батарее во время тестирования реакции, чтобы быть в большей безопасности и предотвратить любое чрезмерное повреждение батареи
3) Иногда трансформаторы также могут стать основной причиной неисправности.Вы можете проверить наличие обрыва обмотки или ненадежного внутреннего соединения в соответствующем трансформаторе. Если вы сочтете это подозрительным, немедленно замените его новым.
Хотя не так-то просто узнать все о том, как отремонтировать преобразователь постоянного тока в переменный, из самой этой главы, но определенно все начнет «готовиться», когда вы будете углубляться в процедуру через неустанную практику и некоторые методы проб и ошибок.
Все еще есть сомнения … не стесняйтесь задавать здесь свои конкретные вопросы.
(PDF) Управление виртуальным осциллятором нескольких солнечных фотоэлектрических инверторов для микросетевых приложений
DOI: 10.4186 / ej.2020.24.5.173
182 ENGINEERING JOURNAL Том 24 Выпуск 5, ISSN 0125-8281 (https://engj.org/ )
надежность в такой микросети улучшится примерно до
степени, в частности, когда произошли возмущения в сети
(вызывающие операцию изолирования) во время сильного солнечного излучения
, микросеть может выжить без необходимости в
ESS в такой случай.Однако, когда есть ситуации с низким уровнем солнечного излучения
или в ночное время и возникло возмущение
, такая микросеть, безусловно,
требует ESS (если она изолирована), чтобы сбалансировать нагрузку
, чтобы напряжение микросети и частота может поддерживаться
. Тем не менее, стратегия управления инвертором
на основе летучих органических соединений, предложенная в этой статье, определенно применима
для реализации на ESS (т.е.е. аккумулятор) в качестве основного источника энергии
помимо солнечных фотоэлектрических источников.
Кроме того, следует отметить, что в этой статье
представлено теоретическое доказательство предложенной концепции с результатами моделирования
. Расширение предложенной концепции
на эксперимент с аппаратным обеспечением в цикле будет
, расширенным в ходе будущей исследовательской работы, чтобы до
продемонстрировать эффективность предложенной концепции на практике
.
5. Заключение
В этом документе предлагается новая схема управления для
, управляющая солнечными фотоэлектрическими генераторами для работы в микросетях.
Каскадное управление скользящим режимом применяется для регулирования выходного напряжения промежуточного контура
повышающих преобразователей, в то время как метод MPPT на основе инкрементной проводимости
для отслеживания максимальной мощности
объединяется с инвертором
на основе VOC для позволяют солнечным фотоэлектрическим генераторам работать в
различных режимах управления без необходимости реконфигурации системы управления
.
Результаты моделирования показывают, что предложенная стратегия управления инвертором
может удовлетворительно обеспечить распределение мощности
между инверторами пропорционально номинальной мощности инвертора
, если доступная солнечная энергия
удовлетворяет требованиям Power-sharing
требование. Более того, модифицированный инвертор на основе летучих органических соединений
эффективно заставляет солнечные фотоэлектрические генераторы работать на
MPP, когда доступная выходная мощность оказывается ниже требований разделения мощности
из-за падения солнечного излучения
.Что касается качества электроэнергии, то напряжение инвертора
может поддерживаться в пределах предварительно определенного предела во время изолированного режима
, а также быть способным следовать
за напряжением сети во время операции с подключением к сети.
Ссылки
[1] М. Фаррохабади, «Стабильность микросети, определения,
анализ и моделирование», IEEE Power and Energy
Society, Технический отчет PES-TR66, апрель 2018 г.
[2] F.А. Фаррет и М. Г. Симоэс, Интеграция альтернативных источников энергии
. John Wiley & Sons, 2006.
[3] Д. Паттабираман, Р. Х. Лассетер и Т. М. Янс,
«Сравнение следования за сетью и управления формированием сетки
для энергосистемы с высоким уровнем проникновения инвертора»,
in Proceedings of IEEE Power & Energy Society
Общее собрание, Портленд, США, 5-10 августа 2018 г.
[4] С. Бача, Д. Пико, Б. Бургер, И.Etxeberria-Otadui,
и Дж. Мартинс, «Фотогальваника в микросетях: обзор интеграции сетей и управления энергопотреблением
аспекты
», журнал IEEE Industrial Electronics Magazine, стр. 33-
46, 2015.
[5 ] П. Денхольм и Р. М. Марголис, «Оценка
пределов солнечной фотоэлектрической энергии (ФЭ) в электроэнергетике
систем, использующих накопление энергии и другие поддерживающие технологии
», Energy Policy, vol. 35, нет. 9, стр.4424-
4433, 2007.
[6] J. G. de Matos, F. S. F. e. Сильва и Л. А. де С.
Рибейро, «Управление мощностью в изолированных микросетях переменного тока
с возобновляемыми источниками энергии и системами хранения энергии
», IEEE Transactions on Industrial Electronics,
vol. 62, нет. 6, pp. 3490-3498, 2015.
[7] Х. Махмуд, Д. Майклсон и Дж. Цзян, «Стратегия управления power
для гибридных систем фотоэлектрических / аккумуляторных
в изолированных микросетях», IEEE Journal новых и
избранных тем в силовой электронике, т.2, вып. 4, pp. 870-
882, 2014.
[8] Х. Цай, Дж. Сян, MZQ Chen и W. Wei, «Стратегия децентрализованного управления
для фотоэлектрических источников
для унификации MPPT и постоянного тока. -bus Voltage
, регулирование », на Американской конференции по контролю
(ACC), 24-26 мая 2017 г., 2017 г. подключенных к микросетям источников на базе PV-
», IEEE Journal of Emerging and Selected
Topics in Power Electronics, vol.2, вып. 4, pp. 907-919,
2014.
[10] A. Elrayyah, Y. Sozer, M. Elbuluk «Microgrid-
,подключенные фотоэлектрические источники: новый автономный метод управления
для поддержания максимума. power »,
IEEE Industry Applications Magazine, стр. 19–29, 2015 г.
[11] Х. Лю, Й. Ян, X. Ван, ПК Loh ,, F. Blaabjerg ,,
W. Wang и D. Xu ,, «Улучшенная схема управления с двойным падением мощности
для отказоустойчивого распределения активной мощности
между параллельными двухступенчатыми преобразователями», IEEE
Transactions on Power Электроника, т.32, нет. 8,
2017, стр. 6091-6104.
[12] Б. Б. Джонсон, С. В. Допл, А. О. Хамаде и П.
Т. Крейн, «Синхронизация параллельных однофазных инверторов
с управлением виртуальным генератором», IEEE
Transactions on Power Electronics, vol. 29, нет. 11, pp.
6124-6138, 2014.
[13] SV Dhople, BB Johnson и AO Hamadeh,
«Управление виртуальным генератором для инверторов источника напряжения
», в 51-й ежегодной конференции Allerton на
Связь, управление и вычисления, 2-4 октября
2013.
[14] Б. Б. Джонсон, М. Синха, Н. Г. Эйнсворт, Ф.
Дёрфлер и С. В. Допл, «Синтез виртуальных осцилляторов
для управления изолированными инверторами», IEEE
Transactions on Power Electronics, vol. 31, вып. 8, 2016,
pp. 6002-6015, 2016.
[15] GS Seo, M. Colombino, I. Subotic, B. Johnson, D.
Gross и F. Dorfler, «Dispatchable virtual
управление осциллятором для децентрализованного инвертора —
доминирующих энергосистем: анализ и эксперименты »,
Интегрированные кольцевые генераторы на основе высокопроизводительных графеновых инверторов
Новоселов, К.S. et al. Эффект электрического поля в атомно тонких углеродных пленках. Наука 306, 666 (2004).
ADS Статья CAS Google Scholar
Новоселов К.С. и др. Двумерный газ безмассовых дираковских фермионов в графене. Nature 438, 197–200 (2005).
ADS Статья CAS Google Scholar
Чжан, Ю. Б., Тан, Ю. В., Стормер, Х. Л., Ким, П.Экспериментальное наблюдение квантового эффекта Холла и фазы Берри в графене. Nature 438, 201–204 (2005).
ADS Статья CAS Google Scholar
Болотин К.С. и др. Сверхвысокая подвижность электронов в подвешенном графене. Твердотельная Коммунал. 146, 351 (2008).
ADS Статья CAS Google Scholar
Авурис, П. Графен: электронные и фотонные свойства и устройства.Nano Lett. 10, 4285 (2010).
ADS CAS PubMed Google Scholar
Schwierz, F. Графеновые транзисторы. Nat. Нано. 5. С. 487–496 (2010).
Артикул CAS Google Scholar
Найфех, О. М. Графеновые транзисторы на механически гибком полиимиде, включающем диэлектрик затвора с осажденными атомными слоями. IEEE Electron Device Lett. 32, 1349 (2011).
ADS Статья CAS Google Scholar
Отец, C. et al. Гибкие гигагерцовые транзисторы на основе однослойного графена на основе раствора. Nano Lett. 12, 1184 (2012).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Петрон, Н., Мерик, И., Хон, Дж. И Шепард, К. Л. Графеновые полевые транзисторы с гигагерцовым усилением мощности на гибких подложках.Nano Lett. 13, 121 (2013).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Liao, L. et al. Высокоскоростные графеновые транзисторы с самовыравнивающимся затвором из нанопроволоки. Nature 467, 305 (2010).
ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Cheng, R. et al. Высокочастотные самовыравнивающиеся графеновые транзисторы с перенесенными стопками затворов.PNAS 109, 11588 (2012).
ADS Статья PubMed Google Scholar
Guerriero, F. et al. Графеновый усилитель звукового напряжения. Small 8, 357 (2012).
Артикул CAS Google Scholar
Wu, Y. et al. Современная графеновая высокочастотная электроника. Nano Lett. 12, 3062 (2012).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Траверси, Ф., Руссо, В. и Сордан, Р. Интегрированный дополнительный графеновый инвертор. Прил. Phys. Lett. 94, 223312 (2009).
ADS Статья CAS Google Scholar
Rizzi, L.G. et al. Каскадные интегрированные дополнительные графеновые инверторы в масштабе пластины в условиях окружающей среды. Nano Lett. 12, 3948 (2012).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Линь Ю.-M. и другие. Интегральная схема из графена в масштабе пластины. Наука, 332, 1294 (2011).
ADS Статья CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Habibpour, O., Vukusic, J. & Stake, J. Интегрированный смеситель субгармоник 30 ГГц на основе многоканального графенового полевого транзистора. IEEE Trans. о Микроволновке Тео. и Тех. 61, 841 (2013).
ADS Статья CAS Google Scholar
Guerriero, E.и другие. Графеновые кольцевые генераторы Gigagertz. АСУ Нано. 2013. 7. С. 5588–5594.
Артикул CAS PubMed Google Scholar
Сордан, Р., Траверси, Ф. и Руссо, В. Логические вентили с одним графеновым транзистором. Прил. Phys. Lett. 94, 073305 (2009).
ADS Статья CAS Google Scholar
Lafikoti, M. et al. Графен на гидрофобной подложке: уменьшение допирования и подавление гистерезиса в условиях окружающей среды.Nano Lett. 2010. Т. 10. С. 1149–1153.
ADS Статья CAS Google Scholar
Калон, Г., Шин, Ю. Дж., Чыонг, В. Г., Калицов, А. и Янг, Х. Роль зарядовых ловушек в возникновении гистерезиса: измерения емкости-напряжения на двухслойном графене с верхним стробированием. Прил. Phys. Lett. 99, 083109 (2011).
ADS Статья CAS Google Scholar
Весте, Н.Х. Э. и Харрис, Д. А. КМОП СБИС: перспективы схем и систем. Третье издание. Addison Wesley Pub Co Inc (2004 г.).
International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), Отчет издания 2011 г. www.itrs.net, по состоянию на 8 августа 2013 г. (2013 г.).
Han, S.-J. и другие. Высокочастотный графеновый усилитель напряжения. Nano Lett. 11. С. 3690–3693 (2011).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Мерик, И.и другие. Масштабирование длины канала в графеновых полевых транзисторах при импульсных измерениях тока и напряжения. Nano Lett. 11. С. 1093–1097 (2011).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Шафранек, Б. Н., Фиори, Г., Шалл, Д., Ноймайер, Д. и Курц, Х. Насыщение по току и усиление напряжения в полевых транзисторах с двухслойным графеном. Nano Lett. 12. С. 1324–1328 (2012).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Li, X.и другие. Перенос пленок графена с большой площадью для высокоэффективных прозрачных проводящих электродов. Nano Lett. 9. С. 4359–4363 (2009).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Кейн, М. Г. и др. КМОП-схемы с полосой пропускания 100 МГц с использованием кремниевых тонкопленочных транзисторов с последовательным поперечным отверждением на пластике. Electron Devices Meeting, 2005. Технический дайджест IEDM. IEEE International, 939 (2005).
Инь, Х.и другие. Кольцевой генератор с начальной загрузкой со временем задержки распространения менее 1,0 нс / каскад по стандартной технологии TFT на основе аморфного Ga2O3-In2O3-ZnO с нижним затвором 0,5 мкм. IEDM, 1–4 (2008).
Fix, W., Ullmann, A., Ficker, J. & Clemens, W. Быстродействующие полимерные интегральные схемы. Прил. Phys. Lett. 81, 1735–1737 (2002).
ADS Статья CAS Google Scholar
Ha, M. et al. Напечатанные на аэрозольной струе низковольтные кольцевые генераторы из углеродных нанотрубок с электролитным затвором и задержкой ступени менее 5 мкс.Nano Lett. 13, 954–960 (2013).
ADS Статья CAS PubMed Google Scholar
Понижающий преобразователь источника питания WHEEJE DC-AC 5V Инвертор чистой синусоидальной волны Плата драйвера SPWM EGS002 EG8010 + Модуль драйвера IR2110 Кристаллический осциллятор 12 МГц CMOS RS232 Перенапряжение Пониженное напряжение Перегрузка по току O —
Наши продукты рентабельны, и вы часто можете купить продукты хорошего качества по очень низким ценам.Если логистика идет медленно, наберитесь терпения и свяжитесь с нами вовремя.
DC-AC 5V Чистый синусоидальный инвертор SPWM Плата драйвера EGS002 Модуль драйвера EG8010 + IR2110 Кристаллический осциллятор 12 МГц CMOS RS232 Защита от перенапряжения, пониженного напряжения, перегрузки по току, перегрева
Описание:
EG8010 — цифровой, очень хорошо работает принести собственное управление мертвым временем чистого синусоидального инверторного генератора, используемого в двухступенчатой структуре преобразования мощности постоянного тока в переменный ток или одноступенчатой архитектуре повышения частоты преобразователя частоты постоянного тока в переменный, внешний кварцевый генератор 12 МГц, для достижения высокого точность и гармонические искажения очень малы, ASIC инвертора синусоидальной волны 50 Гц или 60 Гц.Чип использует технологию CMOS, внутреннюю интеграцию синусоидального генератора SPWM, схему управления мертвым временем, диапазон множителя, схему плавного пуска, схему защиты, интерфейс последовательной связи RS232 и модуль 1602 драйвера последовательного ЖК-дисплея.
Характеристики:
5 В одиночный источник питания
4-контактный набор чистой синусоидальной выходной частоты: чистая синусоидальная волна 50 Гц фиксированной частоты 60 Гц чистая синусоидальная волна фиксированной частоты 0-100 Гц; Регулируемая частота чистой синусоидальной волны 0-400 Гц Регулируемая частота чистой синусоидальной волны
Униполярная и биполярная модуляция
Поставляется с регулировкой зоны нечувствительности, мертвое время контакта 4: мертвое время 300 нс 500 нс мертвое время 1.0 мкс мертвое время 1,5 мкс мертвое время
Внешний кварцевый генератор 12 МГц
Несущая частота ШИМ 23,4 кГц
Напряжение, ток, обратная связь по температуре в реальном времени
Защита от перенапряжения, пониженного напряжения, перегрузки по току и перегрева
Вывод режима плавного пуска, устанавливающий реакцию время 1 с
Последовательная связь для установки выходного напряжения, частоты и других параметров
Внешний последовательный ЖК-модуль 1602 отображает инвертор
информацию о напряжении, частоте, температуре и токе
Приложения:
Одиночный
Интеграция изоляции для Фотоэлектрические инверторы, подключенные к сети
В последние несколько лет фотоэлектрическая промышленность (ФЭ) демонстрирует значительный рост, в основном из-за высоких цен на нефть и экологических проблем.Тем не менее, стоимость фотоэлектрических систем остается самым большим препятствием для дальнейшего расширения, и она должна еще больше снизиться, чтобы конкурировать с традиционной электроэнергетикой на основе угля. Помимо солнечных панелей, электронные компоненты, такие как фотоэлектрические инверторы, являются основными компонентами затрат. В целях безопасности и эксплуатации фотоэлектрические преобразователи, подключенные к сети, должны быть изолированы от сети переменного тока. Изоляция обычно требуется для соблюдения требований безопасности, чтобы предотвратить попадание постоянного тока в сеть переменного тока, которое может повлиять на распределительные трансформаторы и традиционные счетчики ватт-часов.Традиционные изоляционные решения, такие как оптопары, не могут соответствовать 25-летней гарантии, типичной для фотоэлектрических панелей. Микроинверторы также становятся тенденцией, когда повышается доступность системы и резко улучшается производительность в условиях затенения. В таких случаях фотоэлектрический инвертор устанавливается сзади фотоэлектрической панели, где высокая температура может ускорить деградацию оптопар. В этой статье обсуждаются потребности в изоляции сигналов и мощности в фотоэлектрических инверторах, а также то, как интеграция функций изоляции с использованием микротрансформаторов может улучшить производительность и надежность системы, а также уменьшить ее размер и стоимость.
Существует два основных типа фотоэлектрических инверторов: бестрансформаторные и с трансформаторной изоляцией. Бестрансформаторные инверторы могут страдать от большого тока утечки на землю и инжектируемого постоянного тока из-за большой емкости панели и отсутствия изоляции между фотоэлектрической панелью и сетью переменного тока, как показано на Рисунке 1 (а). Постоянная составляющая во вводимых в сеть переменного тока менее желательна, поскольку потенциально может привести к насыщению распределительных трансформаторов. Многие стандарты безопасности предъявляют строгие требования к электросети в отношении количества подаваемого постоянного тока, а в некоторых случаях изоляция трансформатора является обязательной.Изоляция трансформатора между панелью и сетью устранит такой путь инжекции постоянного тока, возникающий из-за изменения напряжения панели относительно сети, как показано на Рисунке 1 (b). Помимо инжекции постоянного тока, сетевые инверторы должны соответствовать другим требованиям сети, таким как общие гармонические искажения и уровни отдельных гармоник тока, коэффициент мощности и обнаружение автономной работы. Напряжение сети и ток, подаваемый в сеть, необходимо точно контролировать. Если контроллер для выполнения MPPT и функция управления затвором находятся на стороне панели, эти измерения необходимо изолировать.Для обеспечения максимальной эффективности работы фотоэлектрической панели необходимо использовать алгоритмы отслеживания точки максимальной мощности (MPPT). Для достижения MPTT также необходимо контролировать напряжение и ток панели. Напряжение на панели может стать довольно высоким, поскольку люди пытаются соединить много фотоэлектрических инверторов последовательно, чтобы минимизировать количество необходимых инверторов. Измерение тока от клеммы высокого напряжения фотоэлектрических панелей также необходимо изолировать.
Рисунок 1. (a) Подвод постоянного тока в сеть для неизолированного инвертора (b) Прерывание подачи постоянного тока из-за изоляции
Помимо изолированных измерений тока и напряжения, необходимы также некоторые функции интерфейса, такие как RS-485, RS-232 и CAN.RS-485 или RS-232 обычно используются для связи с этими фотоэлектрическими инверторами для получения данных о производительности в реальном времени, а коммуникационная шина должна быть изолирована из-за большого расстояния перемещения и по соображениям безопасности. Изолированный CAN также может использоваться для связи на небольших расстояниях. Эти трансиверы также нуждаются в изолированном питании для отвода со стороны панели на сторону шины.
Традиционно изоляция обеспечивается оптопарами. Однако его текущая передаточная функция со временем ухудшается, и через несколько лет он может выйти из строя, что намного меньше, чем 20-летняя пожизненная гарантия, предлагаемая для многих из этих солнечных панелей.Здесь мы предлагаем изоляцию сигналов и мощности на основе микротрансформатора, которая может удовлетворить различные потребности интеграции в фотоэлектрических инверторах. Он не только может устранить ограничение срока службы оптопар, но также позволяет интегрировать функции считывания, такие как АЦП, или функции интерфейса, такие как драйверы затвора и приемопередатчики RS-485 или RS-232. Кроме того, он обеспечивает изолированное питание для этих измерительных микросхем, изолированных трансиверов или изолированных драйверов затвора. Драйверы затвора на основе оптопары также потребляют много энергии и страдают от больших вариаций синхронизации драйвера затвора.Драйверы затвора на основе микротрансформатора не только потребляют гораздо меньше энергии, но и обеспечивают гораздо лучшую согласованную синхронизацию драйвера затвора для повышения общей эффективности преобразования мощности системы. Изолированный сигнал и интеграция мощности значительно сокращает количество компонентов, что приводит к снижению стоимости системы и повышению надежности.
Изоляция сигналов и мощности с помощью микротрансформаторов
Микротрансформаторымогут использоваться для обеспечения интегрированной развязки сигналов и мощности для среднеквадратических напряжений до 5 кВ [1].Для передачи сигнала входные данные обычно кодируются перед передачей на первичную обмотку преобразователя данных. На вторичной стороне используется декодирование для восстановления сигнала. Изоляция между входом и выходом обеспечивается изоляционными слоями между первичной обмоткой и вторичной обмоткой. Для эффективной передачи мощности через изоляцию автоколебательный высокочастотный генератор используется для возбуждения первичной обмотки силового трансформатора, а высокочастотные диоды Шоттки используются для обеспечения выпрямленного постоянного напряжения.Регулировка осуществляется с помощью ШИМ, генерируемого вторичным контроллером, который проходит через трансформатор обратной связи для включения и выключения генератора с частотой намного ниже, чем частота колебаний, как показано на рисунке 2 (а). Сигнал обратной связи, передаваемый через трансформатор обратной связи, работает так же, как и для других сигналов канала данных через трансформаторы данных. Благодаря отдельным путям управления для преобразования энергии и обратной связи эффективность преобразования энергии оптимизируется, при этом сохраняется стабильное регулирование.Пример изолированного преобразователя постоянного тока в постоянный ток мощностью 500 мВт с четырьмя разделенными изолированными каналами данных показан на рисунке 2 (b).
Рис. 2. (a) Принципиальная схема изолированного преобразователя постоянного тока в постоянный (b) Реализация корпуса для 4-канального изолятора с изолированной мощностью 500 мВт
В этом примере трансформаторы построены на отдельных микросхемах, отличных от микросхем кодера или первичной микросхемы и декодера или вторичной микросхемы. Однако это в первую очередь вызвано соображениями стоимости, и трансформаторы в принципе могут быть построены на одной из микросхем IC.Могут быть интегрированы дополнительные функции схемы, такие как драйверы затвора, трансиверы и АЦП.
Интеграция изоляции в фотоэлектрические инверторы
На рис. 3 показан типичный трехкаскадный фотоэлектрический инвертор, подключенный к сети. Первый каскад — это дополнительный повышающий преобразователь для повышения напряжения панели перед его передачей через изолированный каскад преобразователя постоянного тока в постоянный. Изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный включает в себя полное мостовое преобразование постоянного тока в переменное через высокочастотный трансформатор. Преимущество высокочастотного трансформатора — небольшой размер и высокий КПД.Переменный ток на вторичной обмотке выпрямляется до постоянного напряжения, которое обычно выше, чем пиковое напряжение сети. Выпрямленный постоянный ток преобразуется в частоту сети через 3-й каскад инвертора. Выходное напряжение и ток панели необходимо измерять и подавать в микроконтроллер для выполнения алгоритмов отслеживания максимальной мощности (MPTT). Микроконтроллер также отвечает за управление драйвером затвора для изолированного постоянного тока и выходного инвертора. Выходной инвертор находится на стороне сети с землей, отличной от земли панели постоянного тока, и связь между микроконтроллером и управляющим каскадом инвертора должна быть изолирована.Обычно потребуются четыре оптопары, но они потребляют много энергии, их большая задержка распространения может повлиять на точность синхронизации драйвера затвора и, следовательно, на эффективность инвертора, и, что самое главное, их способность поддерживать 20-25-летнюю гарантию на фотоэлектрическую панель сомнительна. С другой стороны, изоляторы на основе микротрансформаторов [1, 2] потребляют гораздо меньше энергии, имеют гораздо меньшую задержку распространения и не ухудшаются со временем. Более того, многоканальные изоляторы также могут быть интегрированы со встроенными преобразователями постоянного тока в постоянный для обеспечения изолированного питания драйверов затвора.Реле между выходом инвертора и сетью используются для обеспечения синхронизации выходной частоты и фазы инвертора с напряжением электросети и обеспечивают защиту от островков за счет возможности быстрого отключения от сети или при выходе напряжения или частоты электросети за допустимые пределы. допустимые пределы. Измерение напряжения необходимо на стороне сети для обнаружения перехода через ноль, а измерение тока необходимо для обеспечения подачи синусоидального тока в нагрузку. Информация о считывании может быть передана контроллеру через изолированный АЦП.Изолированный АЦП объединяет 16-разрядный сигма-дельта-модулятор 2-го порядка с цифровой изоляцией на основе микротрансформатора, обеспечивающий изоляцию 3,75 кВ, что идеально подходит для измерения тока на основе шунта. Трансформаторы тока можно использовать для измерения тока, но они дороги, громоздки и могут быть чувствительны к внешним магнитным полям. Также можно использовать датчики на эффекте Холла, но они страдают нелинейностью и смещениями, которые могут повлиять на точность измерений тока. Шунт вместе со встроенным изолированным АЦП обеспечивает надежную и недорогую альтернативу.Изолированный АЦП также требует изолированного питания на стороне сети для автономного питания, а изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный с помощью микротрансформаторов может быть интегрирован, чтобы избавить от необходимости в дискретном преобразователе постоянного тока в постоянный. В случае, когда требуется связь ПЛК, микросхема ПЛК на стороне сети может питаться от изолированного постоянного тока, в то время как его связь с контроллером на стороне панели осуществляется через многоканальный изолятор.
Рисунок 3. Реализация изоляции в 3-ступенчатом фотоэлектрическом инверторе
Изоляция на основе микротрансформатора также может быть интегрирована с сильноточными выходными драйверами затвора, чтобы обеспечить полностью изолированные драйверы затвора полумоста.На рисунке 4 показан пример схемы управления затвором для фотоэлектрического инвертора, подключенного к сети. Для полных мостовых переключателей постоянного и переменного тока первичной стороны обычно не требуется изоляция драйверов затвора с низкой стороны, особенно для инверторов малой мощности. 2-канальные изолированные драйверы на 1 кВ с током возбуждения 4 А подходят для двух переключателей на стороне высокого напряжения. Переключатели для инверторов расположены на стороне переменного тока, поэтому как для нижней, так и для высокой стороны нужны изолированные драйверы затвора.
Рисунок 4. Реализация драйвера затвора в 3-ступенчатом фотоэлектрическом инверторе
Обычно 2.Чтобы микроконтроллер на стороне постоянного тока мог напрямую связываться с инверторами на стороне переменного тока, потребуются изолированные драйверы затвора 5 кВ или 5 кВ. Драйвер затвора нижнего плеча может получать питание от встроенного преобразователя постоянного тока, получающего питание со стороны панели, а питание верхнего плеча может быть обеспечено с помощью решения начальной загрузки.
Каждый драйвер затвора полумоста имеет трехстороннюю изоляцию, то есть между входом и выходами есть изоляция, а между двумя выходами есть изоляция. Изоляция входа и выхода обеспечивается встроенными трансформаторами.На рисунке 5 (a) показана структура трансформатора для драйвера затвора на 1 кВ, а на рисунке 5 (b) — для драйвера затвора на 5 кВ. Драйвер затвора полумоста на 1 кВ реализован с тремя матрицами в корпусе, одним входным кристаллом и двумя идентичными микросхемами драйвера затвора.
Рисунок 5. Структура трансформатора (a) Драйвер затвора на 1 кВ (b) Драйвер затвора на 2,5 кВ
Два трансформатора на 1 кВ, как показано на рисунке 5 (а), были реализованы на входной микросхеме, по одному для каждого выхода драйвера затвора. Входы подключены к нижним катушкам, которые изолированы 2.Оксид толщиной 64 мкм от верхних катушек, и каждая верхняя катушка изолирована друг от друга посредством боковой оксидной изоляции. Две микросхемы драйвера затвора расположены на своих собственных разделенных лопастях и подключены к верхним катушкам на входной микросхеме посредством проводов между микросхемой, аналогично тем, что показаны в [2]. Драйвер затвора на 5 кВ реализован аналогичным образом, за исключением того, что верхняя катушка изолирована от нижней катушки полиимидом толщиной 20 мм.
Для параллельной системы с несколькими инверторами, как и для цепных инверторов, также существует потребность в обмене данными между инверторами, и они обычно реализуются через шину RS-485, шину RS-232 или шину CAN, где изоляция будет быть обязательным.Изолированный трансивер с автономным питанием сможет получать питание на стороне шины со стороны панели.
Микроинверторытакже начинают набирать обороты, повышая надежность и производительность системы. Они также решают потенциальную проблему дугового разряда постоянного тока, с которой сталкиваются строковые инверторы. Микроинверторы обычно устанавливают под панелями на крыше, где температура окружающей среды может быть высокой. Высокая температура ускорит деградацию светодиодов внутри оптронов; С другой стороны, изоляция на основе микротрансформатора не ухудшается со временем и хорошо работает в этих экстремальных условиях.Вместо полных трехступенчатых инверторов можно использовать одноступенчатые инверторы для микроинверторов, чтобы снизить стоимость системы. Каждый микроинвертор может иметь мощность всего около пары сотен ватт, и на этом уровне мощности интеграция с изоляцией предоставляет множество возможностей системной интеграции для снижения стоимости системы и повышения ее надежности.
Заключение
Интеграция с изоляцией на основе микротрансформатора— идеальное решение для изоляции сетевых инверторов PV, центральных инверторов или микроинверторов.Его встроенная функция изоляции сигнала и мощности значительно сокращает количество компонентов и повышает надежность и срок службы системы, а его точная синхронизация управления затвором может привести к повышению эффективности инвертора. Изолированный АЦП, использующий микротрансформаторы, позволяет более точно измерять ток и напряжение сети, что приведет к высококачественному синусоидальному току в сети с единичным коэффициентом мощности.
использованная литература
- Чен Б.«Полностью интегрированный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный с использованием микротрансформаторов», Материалы 23-й ежегодной конференции по прикладной силовой электронике IEEE, с. 335-338, февраль 2008 г.
- Чен Б. «Изолированный полумостовой драйвер затвора со встроенным источником питания высокого напряжения», Труды 39-й конференции специалистов по силовой электронике IEEE, с. 3615-3618, июнь 2009 г.
ПРОФИЛЬ ПРОЕКТА: Стабилизация энергосистемы в 2035 году и в последующий период: Переход от распределенных инверторных контроллеров, отслеживающих сеть, к созданию распределенных инверторных контроллеров (SuNLaMP)
Программа финансирования: SuNLaMP
Подпрограмма SunShot: Интеграция систем
Расположение: Национальная лаборатория возобновляемой энергии, Голден, CO
Сумма премии SunShot: $ 3 849 999
Добавление большого количества фотоэлектрической (PV) солнечной энергии Сеть создает серьезные проблемы для будущих сетевых операций, поскольку электросеть в настоящее время работает с инерцией вращения от машин, работающих на ископаемом топливе.Однако фотоэлектрические инверторы — это силовые электронные устройства без внутренней инерции. В рамках этого проекта будет разработан набор инверторных контроллеров, чтобы обеспечить долгосрочную жизнеспособность инфраструктуры электросети и решить проблему значительного снижения инерции в системе при высоком проникновении фотоэлектрических модулей. Эти контроллеры инверторов, формирующих сетку, позволяют каждому инвертору действовать как управляемый источник напряжения, который динамически регулирует свой выходной сигнал для обеспечения стабильности, синхронизации и регулирования напряжения на уровне системы.
Подход
Команда проекта разработает и внедрит цифровые средства управления для силовых электронных инверторов, чтобы имитировать динамику нелинейного генератора. При наличии предложенной стратегии внутренняя электрическая связь между инверторами будет способствовать общесистемной синхронизации. Ключевым компонентом этого подхода является обеспечение обратной совместимости путем включения возможности взаимодействия с существующими инверторами при замене по запросу. Это будет способствовать постепенному превращению энергосистемы в сеть, управляемую инверторами, и поможет облегчить внедрение в отрасли.
Инновации
Будет разработана и реализована комплексная стратегия коммерциализации, чтобы преобразовать завершенные контроллеры, формирующие сетку, в наборы эталонных проектов с открытым исходным кодом, которые содержат ведомости материалов, схемы, исходные файлы макетов печатных плат и управляющие коды. Открытый исходный код продукта гарантирует, что заинтересованные потребители и производители смогут легко загрузить полные эталонные проекты и реализовать их с минимальными затратами времени на разработку.
% PDF-1.3 % 711 0 объект > эндобдж xref 711 134 0000000016 00000 н. 0000003050 00000 н. 0000003229 00000 н. 0000003369 00000 н. 0000003400 00000 н. 0000003457 00000 н. 0000004153 00000 п. 0000004408 00000 н. 0000004475 00000 н. 0000004616 00000 н. 0000004710 00000 н. 0000004814 00000 н. 0000004875 00000 н. 0000004990 00000 п. 0000005051 00000 н. 0000005201 00000 н. 0000005393 00000 п. 0000005585 00000 н. 0000005693 00000 п. 0000005894 00000 н. 0000005996 00000 н. 0000006193 00000 п. 0000006295 00000 н. 0000006450 00000 н. 0000006568 00000 н. 0000006726 00000 н. 0000006875 00000 н. 0000007031 00000 н. 0000007224 00000 н. 0000007424 00000 н. 0000007533 00000 н. 0000007742 00000 н. 0000007853 00000 п. 0000008026 00000 н. 0000008144 00000 п. 0000008263 00000 п. 0000008373 00000 п. 0000008521 00000 н. 0000008714 00000 н. 0000008898 00000 н. 0000009005 00000 н. 0000009195 00000 н. 0000009306 00000 н. 0000009495 00000 н. 0000009596 00000 н. 0000009785 00000 н. 0000009893 00000 н. 0000010065 00000 п. 0000010174 00000 п. 0000010352 00000 п. 0000010458 00000 п. 0000010642 00000 п. 0000010731 00000 п. 0000010909 00000 п. 0000011003 00000 п. 0000011180 00000 п. 0000011304 00000 п. 0000011419 00000 п. 0000011539 00000 п. 0000011699 00000 п. 0000011826 00000 п. 0000011943 00000 п. 0000012072 00000 п. 0000012181 00000 п. 0000012394 00000 п. 0000012542 00000 п. 0000012624 00000 п. 0000012802 00000 п. 0000012931 00000 п. 0000013039 00000 п. 0000013135 00000 п. 0000013329 00000 п. 0000013523 00000 п. 0000013630 00000 п. 0000013731 00000 п. 0000013925 00000 п. 0000014033 00000 п. 0000014219 00000 п. 0000014316 00000 п. 0000014444 00000 п. 0000014593 00000 п. 0000014698 00000 п. 0000014795 00000 п. 0000014888 00000 п. 0000015008 00000 п. 0000015103 00000 п. 0000015200 00000 н. 0000015293 00000 п. 0000015386 00000 п. 0000015480 00000 п. 0000015574 00000 п. 0000015668 00000 п. 0000015762 00000 п. 0000015856 00000 п. 0000015950 00000 п. 0000016044 00000 п. 0000016138 00000 п. 0000016232 00000 п. 0000016326 00000 п. 0000016420 00000 п. 0000016514 00000 п. 0000016608 00000 п. 0000016702 00000 п. 0000016796 00000 п. 0000016890 00000 п.