Для чего применяются осцилляторы
Что такое осциллятор
Когда требуется заварить трещину или собрать конструкцию из высоколегированной стали, используют покрытые электроды с соответствующим составом и источник постоянного тока. Хорошо поддается сварке нержавеющая сталь и вольфрамовым электродом. Для соединения деталей из алюминия используют те же средства, только на переменном токе. Но в каждом случае возникает сложность — розжиг дуги. Такие металлы покрыты оксидной пленкой, мешающей установлению контакта между поверхностью и электродом. Для решения этой проблемы в схему оборудования добавляют осциллятор. Он способствует быстрому возбуждению сварочной дуги и поддерживает ее горение. Что такое осциллятор в деталях? Какие встречаются разновидности таких аппаратов, и по какому принципу они работают?
Что это такое
Осциллятор для сварки — это генератор, используемый для выработки тока высокой частоты, который связывает конец электрода и свариваемую поверхность без физического контакта. Устанавливается такое оборудование между сварочным аппаратом и держателем. Существуют отдельные устройства и входящие в корпус самого сварочника. Подобные аппараты могут работать по двум схемам:
Применение осцилляторов
Осцилляторы для сварки, благодаря своим свойствам, широко используются в оборудовании для работы с цветными металлами. Когда требуется наложить шов на нержавейку, алюминий, или медь, то применение осциллятора позволяет быстро возбудить дугу и начать сварку, вместо утомительного постукивания и чирканья об изделие электродом.
Использовать это устройство удобно и для точного начала ведения шва. Сварщик устанавливает конец вольфрамовой иглы на ближний край соединения, опускает маску, и нажатием кнопки возбуждает дугу. Это значительно снижает последующую обработку изделия от следов касания электрода. Внедряют их и на аппараты по плазменной резке, позволяющие быстро приступить к процессу разделывания материала.
Осциллятор сварочный применяется еще и для работы с тонкими листами металлов. Как правило, ток инвертора в таких случаях выставляется на низких значениях, и малейшее удаление конца электрода из сварочной ванны ведет к прерыванию дуги. Внедрение в схему осциллятора позволяет стабилизировать электросварку в работе на малых токах.
Устройство осциллятора
Подобные аппараты интегрируются в цепь оборудования всегда между трансформатором или выпрямителем и сварочным держателем для электродов. Вследствие чего обеспечивается установление контакта и стабилизация работы. Большинство осцилляторов имеют похожее строение и включают в себя следующие узлы:
Принцип работы
Главная задача устройства для генерирования импульса — модернизировать входящее напряжение, повысив его частоту и показатель V, и уменьшив его длительность до интервала менее секунды. Работает эта схема следующим образом:
Разновидности
Осциллятор может применять по-разному, в зависимости от его типа и вида выполняемых сварочных работ. Общими параметрами всех устройств является преобразование тока до 3000-5000 В, и повышение частоты колебания до 150-500 кГц. Различие же заключается во временном показателе высокочастотного тока.
Модели с непрерывным действием применяются для поддержания и стабилизации сварочной дуги. Их подключение должно быть последовательным, чтобы защитить сварщика от высокого напряжения, которое постоянно присутствует в цепи. Такие осцилляторы накладывают высокочастотный ток поверх сварочного, что помогает производить беспрепятственный розжиг и вести сварку на малых токах. Чаще всего эти модели устанавливают на инверторы или трансформаторы для работы с покрытыми электродами.
Использование осцилляторов значительно оптимизирует сварочный процесс и экономит дорогостоящие расходные материалы. Выбрав аппарат в зависимости от типа намеченных работ, можно облегчить ее выполнение и повысить качество.
Осцилляторы играют важную роль в физике и технике, ведь практически любая линейная физическая система может быть описана как осциллятор. Примерами простейших осцилляторов могут служить колебательный контур и маятник. Электрические осцилляторы преобразуют постоянный ток в переменный, и создают колебания требуемой частоты с помощью схемы управления.
На примере колебательного контура, состоящего из катушки индуктивностью L и конденсатора емкостью C, можно описать базовый процесс функционирования электрического осциллятора. Заряженный конденсатор, сразу после соединения его выводов с катушкой, начинает разряжаться через нее, при этом энергия электрического поля конденсатора постепенно преобразуется в энергию электромагнитного поля катушки.
Когда конденсатор полностью разрядится, вся его энергия перейдет в энергию катушки, после чего заряд продолжить двигаться через катушку, и перезарядит конденсатор в противоположной полярности, чем была вначале.
Так или иначе, колебательный контур в данном примере является простейшим осциллятором, так как в нем периодически изменяются следующие показатели: заряд в конденсаторе, разность потенциалов между обкладками конденсатора, напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора, ток через катушку, индукция магнитного поля катушки. При этом имеют место свободные затухающие колебания.
Чтобы колебания осциллятора стали незатухающими, необходимо восполнять рассеиваемую электроэнергию. При этом для поддержания постоянной амплитуды колебаний в контуре нужно контролировать поступающую электроэнергию, чтобы амплитуда не снижалась ниже и не росла выше заданной величины. Для достижения этой цели в схему вводят цепь обратной связи.
Таким образом, осциллятор превращается в схему усилителя с положительной обратной связью, где выходной сигнал частично подается на активный элемент схемы управления, в результате работы которой в контуре поддерживаются незатухающие синусоидальные колебания постоянной амплитуды и частоты. То есть синусоидальные осцилляторы работают за счет притока энергии от активных элементов к пассивным, с поддержанием процесса цепью обратной связи. Колебания имеют слабо изменяющуюся форму.
с положительной или отрицательной обратной связью;
с синусоидальной, треугольной, пилообразной, прямоугольной формой сигнала; низкой частоты, радиочастоты, высокой частоты и т. д.;
RC, LC – осцилляторы, кристаллические осцилляторы (кварц);
осцилляторы постоянной, переменной или перестраиваемой частоты.
Осциллятор (генератор) Ройера
Транзисторы работают в ключевом режиме, а насыщающийся магнитопровод позволяет осуществить положительную обратную связь, и, если нужно, гальванически развязать вторичную обмотку от первичной цепи.
В начальный момент времени, при включении питания, небольшие коллекторные токи начинают течь через транзисторы от источника Uп. Один из транзисторов откроется раньше (пусть VT1), и магнитный поток, пересекающий обмотки, станет увеличиваться, а наводимая в обмотках ЭДС будет при этом расти. ЭДС в базовых обмотках 1 и 4 будут таковы, что транзистор начавший открываться первым (VT1) откроется, а транзистор с меньшим начальным током (VT2) – закроется.
Коллекторный ток транзистора VT1 и магнитный поток в магнитопроводе продолжат нарастать до насыщения магнитопровода, и в момент наступления насыщения ЭДС в обмотках обратится в ноль. Ток коллектора VT1 начнет снижаться, магнитный поток — уменьшаться.
Полярность индуцируемых в обмотках ЭДС изменится на противоположную, и поскольку базовые обмотки симметричны, то транзистор VT1 начинает закрываться а VT2 – открываться.
Ток коллектора транзистора VT2 станет нарастать до того момента, пока не прекратится нарастание магнитного потока (теперь в противоположном направлении), и когда ЭДС в обмотках вновь обратится в ноль, ток коллектора VT2 начнет уменьшаться, магнитный поток — убывать, ЭДС сменит полярность. Транзистор VT2 закроется, откроется VT1 и процесс продолжится циклически повторяясь.
Частота осцилляции генератора Ройера связана с параметрами источника питания и с характеристиками магнитопровода в соответствии со следующей формулой:
Так как в процессе насыщения магнитопровода ЭДС в обмотках трансформатора будет постоянной, то при наличии вторичной обмотки, при подключенной к ней нагрузке, ЭДС приобретет форму прямоугольных импульсов. Резисторы в базовых цепях транзисторов стабилизируют работу преобразователя, а конденсаторы способствуют улучшению формы выходного напряжения.
Осцилляторы Ройера способны работать на частотах от единиц до сотен килогерц, в зависимости от магнитных свойств сердечника в трансформаторе T.
Кроме трансформатора в схеме имеется разрядник, колебательный контур, обмотки связи и блокировочный конденсатор. Благодаря колебательному контуру, как главной составной части, работает высокочастотный трансформатор.
Высокочастотные колебания проходят через высокочастотный трансформатор и напряжение высокой частоты прикладывается к дуговому промежутку. Блокировочный конденсатор предотвращает шунтирование источника питания дуги. В сварочную цепь также включен дроссель для надежной изоляции обмотки осциллятора от ВЧ токов.
При мощности до 300 Вт, сварочный осциллятор дает импульсы длительностью в несколько десятков микросекунд, чего вполне достаточно для легкого поджога дуги. Ток высокой частоты и высокого напряжения просто накладывается на рабочую сварочную цепь.
Осцилляторы для сварки бывают двух типов:
Осцилляторы-возбудители непрерывного действия работают непрерывно в процессе сварки, возбуждая дугу путем наложения на ее ток вспомогательного тока высокой частоты (от 150 до 250 кГц) и высокого напряжения (от 3000 до 6000 В).
При соблюдении техники безопасности данный ток не причинит вреда сварщику. Дуга под действием высокочастотного тока горит ровно даже при малой величине сварочного тока.
Наиболее эффективны сварочные осцилляторы последовательного включения, поскольку с ними установка высоковольтной защиты для источника не потребуется. Разрядник в процессе работы издает негромкое потрескивание через зазор до 2 мм, который регулируется перед началом работы при помощи специального винта (в это время вилка из розетки выдернута!).
Для сварки переменным током используют осцилляторы импульсного питания, способствующие поджогу дуги во время изменения полярности переменного тока.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Зачем сварщику нужен осциллятор, как он работает
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:
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:
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.
Что такое осциллятор? Принцип работы, виды, применение
Принцип работы.
Базовый принцип работы осцилляторов может быть объяснён анализом поведения колебательного LC-контура схемы, показанной на рисунке 1, которая задействует индуктор L и предварительно полностью заряженный конденсатор C. Конденсатор начинает разряжаться через индуктор, что является следствием превращения его электрической энергии в электромагнитное поле. Это поле может быть аккумулировано индуктором.
Однажды конденсатор разряжается полностью, и в схеме нет электрического тока. Как бы там ни было, после этого аккумулированное электромагнитное поле генерирует противоэлектродвижущую силу, что происходит из-за движения тока через схему в том же направлении, что и ранее.
Этот поток тока через схему продолжается вплоть до того момента, пока не разрушится электромагнитное поле, что является результатом обратного преобразования электромагнитной энергии в электрическую форму, вынуждая цикл повторяться. Как бы там ни было, теперь конденсатор заряжается с отрицательной полярностью, благодаря чему и получается осциллирующая форма волны на выходе.
Рисунок 1 Схема колебательного LC-контура
Как бы там ни было, колебания, которые появляются из-за взаимопревращения двух форм энергии, не могут длиться вечно, ведь они подвержены эффекту потери энергии из-за сопротивления схемы. В результате амплитуда этих колебаний постоянно уменьшается, стремясь к нулю. Колебания просто исчезают естественным образом.
Это показывает, что нужно получить колебания, которые продолжаются во времени и имеют постоянную амплитуду, которая нужна для компенсации потери энергии. Тем не менее, важно отметить, что поступающая энергия должна точно контролироваться, и она должна быть равна потерянной энергии для получения колебаний с постоянной амплитудой.
Если энергии будет поступать больше, чем теряться, то амплитуда колебаний будет возрастать (Рисунок 2a), что приведёт к искаженному выходу. Если энергии, которая поступает, будет меньше, чем той, которая теряется, то амплитуда колебаний будет уменьшаться (Рисунок 2b), приводя к недостаточным колебаниям.
Рисунок 2 (a) Возрастающие Колебания (b) Затухающие Колебания (с) Колебания с Постоянной Амплитудой
Фактически, осцилляторы являются ни чем иным как усилителями схемы, которые производятся с позитивной или восстанавливающей обратной связью, где часть сигнала на выходе является обратной связью со входом (Рисунок 3). Здесь усилитель содержит активный усиливающий элемент, который может быть транзистором или операционным усилителем, и синфазный сигнал обратной связи является ответственным за поддержку колебаний за счёт завершения потерь в схеме.
Рисунок 3 Типичный осциллятор
Когда блок питания включен, осцилляторы начинают работу из-за наличия электронного шума. Эти шумовые сигналы повторяются по циклу, усиливаются и сходятся в одночастотную синусоидальную волну очень быстро. Выражение коэффициента усиления закрытого цикла осциллятора, показанного на рисунке 3, выглядит как:
Здесь A является коэффициентом усиления напряжения усилителя и ß является коэффициентом усиления схемы обратной связи. Если Aß > 1, то колебания будут усиливаться в амплитуде (Рисунок 2a). Если же Aß 1. Классификация, основанная на механизме обратной связи: осцилляторы с положительной обратной связью и осцилляторы с отрицательной обратной связью.
2. Классификация, основанная на форме волны на выходе: осцилляторы с синусоидальной волной, осцилляторы с квадратной или треугольной формой волны, осцилляторы с волной большого размаха (они создают пилообразную форму волны на выходе), и т.д.
3. Классификация, основанная на частоте сигнала на выходе: осцилляторы с низкой частотой, аудио осцилляторы (они имеют частоту на выходе, входящую в диапазон аудио), осцилляторы с частотой радио, осцилляторы с высокой частотой, осцилляторы с очень высокой частотой, осцилляторы с ультра высокой частотой. и т.д.
4. Классификация, основанная на типе используемого контроля частоты: RC осцилляторы, LC осцилляторы, кристаллические осцилляторы (которые используют кристаллы кварца для стабильной частоты волны на выходе), и т.д.
5. Классификация, основанная на природе частоты колебаний волн на выходе: осцилляторы с постоянной частотой и осцилляторы с переменной или перестраиваемой частотой.
В качестве примеров осцилляторов можно привести осцилляторы Армстронга, осцилляторы Хартли, осцилляторы Колпиттса, осцилляторы Клэппа, попарносдвоенные осцилляторы, динатронные осцилляторы, осцилляторы Мейснера, опто-электронные осцилляторы, пересекающие осцилляторы, осцилляторы с фазовым сдвигом, осцилляторы Робинсона, триод-тетроидные осцилляторы, мостовые осцилляторы, осцилляторы Пирсона-Ансона, кольцевые осцилляторы, осцилляторы с линией задержки, осцилляторы Ройера, электронные сдвоенные осцилляторы и многоволновые осцилляторы.
Осцилляторы портативны и недороги, благодаря чему они широко применяются в кварцевых часах, радиоприемниках, компьютерах, металло-детекторах, оглушающем оружии, инверторах, ультразвуковых и радиочастотных приспособлениях.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.