Что характеризует внешняя характеристика источника сварочного тока

Источники сварочного тока должны обладать хорошими динамическими свойствами, т. е. мгновенно реагировать на изменения вольтамперной характеристики сварочной дуги, что отличает их от источников тока, питающих силовую и осветительную (бытовую) сети, которые должны обеспечивать постоянное напряжение независимо от нагрузки (величины тока, идущего потребителям). Их внешняя вольтамперная характеристика близка к прямой, параллельной абсциссе и называется жесткой (линия А на рис. 3.6).

Внешней характеристикой источника тока называется зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в сварочной цепи.

Обмотку сварочных генераторов и трансформаторов необходимо предохранить от разрушения токами короткого замыкания при возбуждении дуги. Поэтому внешняя вольтамперная характеристика источников сварочного тока должна быть падающей (кривая Б на рис. 3.6). Напряжение при их работе уменьшается с увеличением тока, а при токе короткого замыкания оно падает до нуля.

Напряжение холостого хода обычно 60–80В, что достаточно для зажигания дуги и относительно безопасно для работы сварщика. Точка 1 на рис. 3.6 соответствует режиму холостого хода в работе источника тока, т. е. в период, когда дуга не горит и сварочная цепь разомкнута. Точка 3 соответствует режиму короткого замыкания при зажигании дуги, когда напряжение стремится к нулю, а ток повышается. Величина тока ограничена, чтобы не допустить перегрева токопроводящих проводов и источников тока.

Режим устойчивого горения дуги определяется точкой 2 на рис. 3.6 при пересечении вольтамперных характеристик дуги (кривая В) и источника сварочного тока (кривая Б).

Рис. 3.6. Внешние характеристики источников питания и электростатическая характеристика дуги

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные генераторы, выпрямители). Источники переменного тока более распространены.

Сварочные трансформаторы проще и надежнее в эксплуатации, долговечнее, у них выше КПД.

Однако устойчивость дуги при использовании постоянного тока значительно выше, чем при применении переменного тока. При питании переменным током нормальной частоты (50 Гц) происходит синусоидальное изменение напряжения и тока; ток в секунду 100 раз меняет свое направление, дуга периодически гаснет и зажигается, а при наличии недостаточной ионизации между электродами может прерваться.

При постоянном токе повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку на прямой и обратной полярностях. Последнее, вследствие более высокой температуры на аноде, позволяет проводить сварку электродами с тугоплавкими покрытиями и флюсами. Выбор источника питания дуги определяется конкретными условиями производства.

В современной сварочной технике применяют разные системы сварочных трансформаторов.

Трансформатор с отдельной дроссельной катушкой.Падающая вольт-амперная характеристика этого трансформатора (рис. 3.7, б, кривая 1) обеспечивается последовательным включением индуктивного сопротивления дросселя.

Понижающий трансформатор (рис. 3.7, а) состоит из магнитопровода 3 (сердечника), первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Он снижает напряжение сети 220 или 380 В до напряжения холостого хода 60–80 В. Дроссель 5 предназначен для получения падающей внешней характеристики и регулирования величины сварочного тока. При прохождении переменного тока через обмотку дросселя 5, установленную на магнитопроводе 4 и представляющую собой катушку с большим индуктивным сопротивлением, в ней возбуждается ЭДС самоиндукции, направленная противоположно основному напряжению.

Причем чем выше величина сварочного тока, тем больше падает напряжение на дросселе и уменьшается величина напряжения на дуге. Этим обеспечивают получение падающей внешней характеристики сварочного трансформатора (рис. 3.7, б).

Регулирование сварочного тока производится изменением воздушного зазора δ в дроссельной катушке с помощью рукоятки 6. Увеличение зазора приводит к увеличению сварочного тока I св 2 и уменьшению кривизны падающей вольтамперной характеристики источника питания сварочной дуги.

Уменьшение зазора соответствует уменьшению сварочного тока Iсв1 и увеличению кривизны вольт-амперной характеристики (рис. 3.7, б).

Рис. 3.7. Сварочный трансформатор с отдельной дроссельной катушкой: а – схема; б – внешние характеристики трансформатора (1) и сварочной дуги (2)

Устойчивость горения дуги достигается сдвигом во времени между нулевыми значениями напряжения и тока на обмотке дросселя. Плавное регулирование величины сварочного тока обеспечивают изменением воздушного зазора рукояткой 6 в сердечнике дросселя. С увеличением зазора индуктивное сопротивление дросселя уменьшается, а сварочный ток увеличивается от Iсв1 до Iсв2, при уменьшении зазора – наоборот (рис. 3.7, б).

Читайте также:  Лампочки в салон ваз 2107

Трансформатор с увеличенным магнитным рассеянием и подвижной вторичной обмоткой(рис. 3.8). При работе трансформатора основной магнитный поток Ф0, создаваемый первичной 1 и вторичной 2 обмотками, замыкается через магнитопровод 3. Часть магнитного потока ответвляется и замыкается вокруг обмоток через воздушное пространство, образуя потоки рассеяния ФS1 и ФS2, которые индуктируют в обмотках ЭДС, противоположную основному напряжению. С увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеяния и, следовательно, возрастает индуктивное сопротивление вторичной обмотки, что создает падающую внешнюю характеристику.

Для обеспечения плавного регулирования сварочного тока изменяют расстояние между обмотками трансформатора. При сближении обмоток (рис. 3.8, б) частично уничтожаются противоположно направленные потоки рассеянияФS1 и ФS2, что уменьшает индуктивное сопротивление вторичной обмотки и увеличивает сварной ток. Минимальный сварочный ток соответствует наибольшему расстоянию между обмотками и максимальному потоку рассеяния.

Рис. 3.8. Трансформатор с увеличенным магнитным рассеянием и подвижной вторичной обмоткой

Сварочные генераторыявляются электрическими машинами постоянного тока и в зависимости от конструктивных особенностей могут иметь падающие, жесткие, пологопадающие и комбинированные внешние характеристики. Наиболее распространены генераторы с падающими внешними характеристиками, работающие по одной из следующих трех схем:

с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой;

с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения;

с расщепленными полосами.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную сварочную внешнюю характеристику.

Внешней характеристикой источника питания (ВАХ) называется зависимость между напряжением на его выходных клеммах и током в сварочной цепи.

Внешние характеристики (рис.2.) могут быть следующих основных видов: крутопадающая1, пологопадающая 2, жесткая 3, возрастающая4.

Рис.2. Основные типы внешних характеристик источников питания для дуговой сварки: 1 – крутопадающая, 2 – пологопадающая, 3 – жесткая, 4 – возрастающая

Источник тока с соответствующей внешней характеристикой выбирают в зависимости от вольтамперной характеристики дуги (рис. 1).

Участки1и 2 ВАХ (рис. 1) соответствуют режимам сварки, применяемым при ручной сварке плавящимся покрытым электродом, а также неплавящимся электродом в среде защитных газов.

Механизированная сварка под флюсом соответствует2 области (рис. 1) и частично захватывает 3область (рис. 1) при использовании тонких электродных проволоки повышенной плотности тока, сварка плавящимся электродом в защитных газах соответствует3 области ВАХ (рис.1). Для питания дуги с падающей или жесткой ВАХ применяют источники питания с падающей или пологопадающей внешней характеристикой.

Для питания дуги с возрастающей ВАХ применяют источники тока с жесткой или возрастающей внешней характеристикой.

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источник постоянного тока – сварочные генераторы с приводом от электродвигателя (сварочные преобразователи), сварочные генераторы с приводом от двигателя внутренне го сгорания (сварочные агрегаты) и полупроводниковые сварочные выпрямители.

Сварочные трансформаторы благодаря своим технико-экономическим показателям имеют преимущества по сравнению с источниками постоянного тока. Они проще в эксплуатации, долговечнее, обладают более высоким к.п.д.

Источники постоянного тока предпочтительнее в технологическом отношении: при их применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях и др.

Основные технические показатели источников питания сварочной дуги: внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме.

Величина ПРопределяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах:

tр– непрерывная работа под нагрузкой (сварка);

tц– длительность полного цикла (сварка + пауза).

Оптимальная величина ПРпринята 60 %.

Различие между ПР и ПВсостоит в том, что в первом случае источники питания во время паузы не отключаются от сети и при разомкнутой сварочной цепи работают на холостом ходу, а во втором случае источники полностью отключаются от сети, что имеет место при механизированной сварке.

Устойчивое горение дуги возможно при условии пересечения ее статической характеристики с внешней характеристикой источника, т.е. когда Uдуги = Uист .

Читайте также:  Каштан пророс как посадить

На (рис. 3) показана крутопадающая внешняя характеристика источника питания и пересекающие ее статические характеристики сварочной дуги различной длины. Точки пересечения характеризуют устойчивое горение дуги, т.к. Uдуги = Uист . так для сварочной дуги длиной lд = 5 мм устойчивое горение будет обеспечено при сварочном токе Iсв = 145 А и Uист = 25 В .В случае увеличения сварочного тока до

Iсв =160 А напряжение источника, как видно из графика, станет Uист = 18 В меньше напряжения дуги, условие Uдуги = Uист не выполняется, однако при таком токе устойчивой будет дуга длиной = 3 мм.

Из (рис.3) видно, что диапазон регулирования устойчивого режима сварки (тока

и напряжения) для изменения длины дуги от 7 до 1 мм составляет для Iсв = 130…170А, для напряжения U = 33…8 В.

Другим показателем работы источника сварочного тока является продолжительность работы (ПР) или продолжительность включения (ПВ). Эти величины характеризуют повторно-кратковременный режим работы, на который рассчитаны источники

Рис.3 Вольтамперные характеристики сварочной дуги

Электрическая сварочная дуга при сварке покрытыми электродами является видом нагрузки, который отличается от других потребителей электроэнергии:

Ø для зажигания дуги нужно напряжение, значительно выше, чем для поддержания ее горения;

Ø дуга горит с перерывами, во время которых электрическая цепь или разрывается, или происходит короткое замыкание;

Ø во время горения дуги с изменением ее длины lд(в пределах 0. 20 мм ) изменяется сопротивление, что приводит к изменению напряжения Uд (в пределах 20. 40 В) и силы сварочного тока Iсв;

Ø при коротком замыкании (в моменты зажигания дуги и перехода капли расплавленного металла на изделие) напряжение между электродом и изделием падает до нуля.

Эти особенности дуги обусловливают такие требования к источникам питания (для ручной дуговой сварки):

1. Напряжение холостого хода должно быть в два-три раза выше напряжения дуги. Это необходимо для легкого зажигания дуги, в то же время оно должно быть безопасным для сварщика при условии выполнения им необходимых правил. Госстандарт устанавливает максимальное напряжение холостого хода Uх.хне более 80В — для источников питания переменного тока и 90 В – для и.п. постоянного тока.

2. Необходимо, чтобы сила тока при коротком замыкании Iкз была ограничена. Нормальный процесс дуговой сварки обеспечивается, если

Iкз / Iсв = 1,1. 1,5 (в некоторых случаях — 2)

3. Изменения напряжения дуги, происходящих в результате изменения ее длины, не должны вызывать существенного изменения силы сварочного тока, а следовательно, изменения теплового режима сварки (необходимо, чтобы источник питания имел специальную форму внешней характеристики).

4. Время восстановления напряжения от 0 до 25 Впосле короткого замыкания не должно превышать 0,05 с, что обеспечивает устойчивость дуги.

5. Необходимо, чтобы источник питания имел устройство для регулирования силы сварочного тока. Пределы регулирования тока должны быть 30 . 130% от номинального сварочного тока. Это необходимо для того, чтобы от одного источника питания можно было сваривать электродами различных диаметров. Всем указанным требованиям отвечают источники питания с крутопадающей внешней вольтамперной характеристикой (ВВАХ).

Цель работы: Изучить и построить ВАХ источников питания

Источники сварочного тока должны обеспечить устойчивое горение дуги, стабильность режимов сварки, безопасность обслуживания установок. Эти требования выполняются надлежащим выбором параметров источников питания : напряжения холостого хода, внешней характеристики, способа регулирования сварочного тока.

Напряжение холостого хода выбирают из условия надежного зажигания дуги и безопасности обслуживания. Повышение напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно увеличивает опасность поражения сварщика. Кроме того, повышение напряжения холостого хода источников питания дуги переменного тока (сварочных трансформаторов) приводит к возрастанию тока намагничивания и снижению cos φ .

Напряжение зажигания дуги переменного тока составляет 50 — 55 В, следовательно, напряжение холостого хода не может быть ниже этого значения. Верхний предел значений Uо ограничивается условиями безопасности и составляет 60 — 75 В, а для сварочных трансформаторов на 2000 А оно не должно превышать 90 В. Зажигание дуги постоянного тока происходит при более низких напряжениях, порядка 30 — 40 В. Напряжение холостого хода источников питания постоянного тока находится в пределах 45 — 90 В.

Читайте также:  Аргоновый сварочный аппарат аврора

Внешняя характеристика электротехнического изделия (устройства) — зависимость напряжения на выводах электротехнического изделия (устройства) от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам. (ГОСТ 18311-80).

Внешняя характеристика источников сварочного тока — это зависимость напряжения на его выходных зажимах Un от силы тока нагрузки

По характеру этой зависимости внешняя характеристика может быть (рис. 1):

Рис. 1. Типы внешних характеристик источников питания дуги: 1 — падающая, 2 — жесткая, 3 — возрастающая.

Дуга и источник питания образуют систему, которая будет находиться в устойчивом равновесии, если случайные изменения силы тока будут с течением времени уменьшаться, то есть система будет возвращаться в исходное состояние.

Условие устойчивости в статическом режиме сводится к тому, чтобы разность производных напряжений по току статических характеристик дуги и источника питания в рабочей точке была положительной

Условие выполняется, если при падающей характеристике дуги внешняя характеристика источника питания будет более падающей, а при возрастающей характеристике дуги внешняя характеристика источника — менее возрастающей.

На рисунке 2 показаны совмещенные падающие характеристики источника питания 1 и дуги 2. В момент касания электродом детали по сварочной цепи протекает ток короткого замыкания, соответствующий точке а. При отводе электрода возникает дуга, напряжение возрастает по кривой 1 до точки б, соответствующей устойчивому горению дуги.

Рис. 2. Совмещенные внешняя характеристика источника питания (1) и вольт-амперная характеристика дуги (2).

Падающая внешняя характеристика используется в аппаратах ручной сварки, где необходимо обеспечить устойчивость дуги и малое изменение сварочного тока при изменении длины дуги. Изменение напряжения вследствие изменения длины дуги на величину Δ U (рис. 2) приводит к незначительному изменению сварочного тока на Δ I .

Падающая внешняя характеристика обеспечивает небольшую кратность тока короткого замыкания, которая не должна превышать 1,4. При больших токах короткого замыкания источник питания испытывает большие перегрузки, а качество сварки и безопасность обслуживания из-за разбрызгивания металла ухудшаются.

Источники с жесткой и возрастающей характеристиками используются для сварки под флюсом и в среде защитных газов (аргон, углекислый газ).

В большинстве случаев более целесообразна падающая внешняя характеристика источника питания. В источниках сварочного тока она создается за счет падения напряжения в самом источнике или в отдельном сопротивлении, включаемом в сварочную цепь.

В общем случае уравнение внешней характеристики является нелинейным и имеет вид

где U о — напряжение холостого хода источника питания, z э — полное эквивалентное сопротивление источника питания вместе с дополнительным сопротивлением, I д — ток дуги.

Регулирование сварочного тока необходимо при сварке деталей различной толщины. Для этого источники питания снабжают устройствами ступенчатого или плавного регулирования сварочного тока, обеспечивающими возможность работы на различных характеристиках (рис. 3).

Рис. 3. Внешние характеристики источников питания дуги при регулировании сварочного тока: а — изменением напряжения холостою хода U о, б — изменением эквивалентного сопротивления zэ.

Режим работы источников сварочного тока , работающих в прерывистом режиме, характеризуется относительной продолжительностью работы ПР, представляющей собой долю времени непрерывной работы под нагрузкой от продолжительности всего рабочего цикла.

Обычно ПР выражается в процентах

где τ р — время непрерывной работы под нагрузкой, τ п — время паузы, τ ц — время рабочего цикла.

Если источник питания в период паузы отключается от сети, то говорят не о продолжительности работы ПР, а о продолжительности включения ПВ, которая определяется аналогично, как и продолжительность работы (ПР).

Относительная продолжительность работы ПР — это паспортный параметр источника питания, который следует учитывать при выборе источника и его эксплуатации. Превышение ПР против паспортного приводит к перегреву и выходу из строя сварочного оборудования.

При работе источника в неноминальном режиме допустимый ток определяют из соотношения

где индекс «н» относится к номинальным параметрам, а «д» — к параметрам действительного режима. В длительном режиме ПР = 100%.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector