Что такое динамические свойства сварочных источников питания ответ

Требования к характеристике источника питания при РДС (эластичность дуги)

В условиях сварки возможно внезапное изменения длины дуги, а также может возникнуть необходимость несколько растянуть дугу (при сварке горизонтальных, вертикальных, потолочных швов), поэтому дуга должна быть устойчивой (не гаснуть или как говорят эластичной) в случае ее удлинения в некоторых пределах.

Критерием устойчивости или эластичности дуги может служить максимальная длина дуги, до которой ее можно растягивать без опасности обрыва. Но существует , при которой дуга гаснет.

Характеристики источника питания и дуги будем изображать линейными, будто бы рассматриваем очень малый диапазон изменения.

Требования к характеристике дуги при механизированной сварке с постоянной скоростью подачи электрода.

— коэффициент плавления по току

— коэффициент плавления по напряжению.

Если длина дуги укоротилась , то при возрастании токов скорость плавления возрастёт пропорционально увеличению тока, и при постоянной скорости подачи на повышенной скорости плавления дуга придёт в исходное состояние.

Очевидно, что при механизированной сварке с постоянной скоростью подачи явление саморегулирования дуги (поддержание оптимальной длины) будет тем эффективнее, чем более пологой будет характеристика источника питания к характеристике дуги. Т.е. требования прямо противоположны требованиям при РДС.

Эти же рассуждения распространяются и на случай сварки в углекислом газе с постоянной подачей скорости электродной проволоки.

Для сварки в применяют жёсткие характеристики с высоким для устойчивого повторного возбуждения дуги в случае короткого замыкания. Но идеальной была бы характеристика возрастающая, но менее круто, чем характеристика дуги .

Состояние неустановившегося равновесия или работы в переходном режиме, когда ток и напряжение изменяют свою величину под влиянием внешних воздействий, называется динамическим режимом, а график – динамической характеристикой.

Рассмотрим самый неблагоприятный случай: крупнокапельный перенос.

Ток, возросший до , будет протекать через жидкую перемычку и очень быстро разогреет её до температуры кипения.

Перегрев жидкой перемычки током — вредный процесс, так как приводит к разбрызгиванию и угару.

Поэтому следует для снижения разбрызгивания снизить скорость нарастания тока при коротком замыкании, т.е. поставить в сварочной цепи дополнительную индуктивность.

Тогда при снижении скорости нарастания тока капля или жидкая перемычка может разорваться за счёт электродинамических сил, сжимающих её, действующих в фокусиальном направлении к центру и сил гравитации поверхностного натяжения, тогда капля с минимальными потерями попадёт в сварочную ванну.

Поэтому при сварке в углекислом газе, сопровождающейся частыми КЗ электрода на изделие, в цепи выпрямленного (постоянного) тока ставят дроссель индуктивности L, который создаёт индуктивное сопротивление и препятствует резкому нарастанию тока и спаду напряжения.

Современные источники питания, имеющие цифровые системы обратной связи. Которые обладают высоким быстродействием (на порядок выше индуктивности) регулирует ток, уменьшая его именно в момент КЗ, что обеспечивает более высокие технологические свойства как источников, так и сварных соединений.

Так как f=50 Гц, то 100 раз в секунду изменяется полярность на электродах, при этом объёмный положительный и отрицательный прикатодные заряды устремляются навстречу друг другу и ионизируются.

Степень ионизации снижается, и дуге нужно время для достижения горения.

Но вследствие деионизации и снижения температуры повторное загорание дуги возможно при

Но .

При смене полярности процесс повторится вновь: дуга возбудится при

Возникает время перерыва

Для электродов основного типа, содержащих , подавляющий ионизацию дуги, возбуждение дуги и её горение невозможно на переменном токе (УОНИ 13/45). Это происходит, потому что напряжение зажигания велико и время перерыва горения намного увеличивается, а степень ионизации активных пятен намного снижается, так что повторного возбуждения не происходит.

Для того, чтобы снизить перерыв горения дуги, в обмазку вводят легко ионизирующиеся компоненты: Са, Nа, К и т.д., т.е. щёлочные и щёлочно-земельные металлы. Они хуже защищают сварочную ванну, но обеспечивают устойчивое горение. Можно повысить напряжение на вторичной обмотке, но это опасно для сварщиков. Можно использовать осцилляторы и стабилизаторы, которые дают разряд конденсатора.

, где

Возникает ЭДС; её потенциалы приложены так, что при резком возрастании тока индуктивность препятствует возрастанию, при резком уменьшении препятствует уменьшению.

При наличии индуктивности в сварочной цепи в идеале можно получить непрерывное горение дуги за счёт поддержания необходимого напряжения на дуге с помощью ЭДС, наведённой в индуктивности.

Режим рабыты источника питания. Три режима работы источника питания дуги.

Источник

Что такое динамические свойства сварочных источников питания ответ

Источник питания сварочной дуги должен, с одной стороны, обладать свойствами, обеспечивающими необходимые технологические требования, предъявляемые к конкретному сварочному процессу, а с другой стороны, как каждое электротехническое устройство, обеспечивать номинальные электрические параметры (ток, напряжение, мощность и т. д.) в заданных условиях эксплуатации (температура, влажность, давление и т.д.), а также отвечать современной эстетике.

Свойства источника питания определяются его внешними характеристиками: статической и динамической.

Статическая характеристика источника питания — это зависимость выходного напряжения (Дых от тока нагрузки при постоянном значении напряжения питающей сети в установившемся режиме, т.е. (Ун) при I)пит = const. Статическая характеристика источника питания может быть трех видов: падающая, жесткая и возрастающая.

В установившемся (статическом) режиме устойчивость горения дуги определяется видом и соответствием статических характеристик источника питания и сварочной дуги. Статическая характеристика дуги (см. гл. 1, § 2) определяет свойства сварочной дуги.

При ручной дуговой сварке на токах 200—500 А статическая характеристика дуги жесткая. Для обеспечения высокого качества сварных изделий при этом способе сварки необходимо соблюдать следующие условия: изменения сварочного тока должны быть минимальными, напряжение холостого хода источника питания должно быть больше напряжения дуги, а сила тока короткого замыкания не должна превышать удвоенное значение сварочного тока. Этим условиям отвечает крутопадающая характеристика источника питания.

При автоматической сварке под флюсом статическая характеристика дуги также жесткая, но для обеспечения саморегулирования сварочного процесса статическая характеристика источника питания должна быть полого падающей или жесткой.

При сварке на постоянном токе в среде защитного газа на больших плотностях тока статическая характеристика дуги возрастающая. Для обеспечения саморегулирования сварочного процесса в данном случае необходимо, чтобы источник питания имел жесткую или возрастающую статическую характеристику.

Динамическая характеристика — это зависимость между мгновенными значениями выходного напряжения и тока нагрузки при постоянном в данный момент времени мгновенном значении напряжения питающей сети, т.е при const. Динамическая характеристика показывает реакцию источника питания на характер и скорость протекания переходных процессов, возникающих в системе источник — дуга — ванна при действии внешних возмущений (изменение напряжения сети, напряжения дуги и сварочного тока, а также при переходе из одного установившегося режима в другой). Чем меньше время переходного процесса, тем лучше динамические свойства источника питания.

Источник питания, как каждая электротехническая установка, должен обеспечивать определенные выходные параметры при заданном режиме работы, не перегреваясь выше установленной температуры. Значение тока, напряжения и мощности, на которые рассчитан источник питания при работе в заданном режиме, называют номинальными и указывают в паспорте или записывают на щитке источника питания.

При работе источника питания происходит нагрев отдельных узлов его конструкции в результате прохождения тока по обмоткам трансформатора, а также вследствие гистерезиса и вихревых токов.

Температура перегрева источника питания — это разница между температурой источника питания и температурой окружающей среды

где Щ—температура перегрева источника питания; Т — температура источника питания в рассматриваемый период; то — температура окружающей среды.

После включения источника питания его температура повышается, вызывая нарастание температуры перегрева. При достижении температурой перегрева своего установившегося значения для данного режима температура источника питания не повышается, так как количество теплоты, выделяемой источником питания в единицу времени, равно количеству теплоты, отдаваемой в окружающую среду. При нарушении отвода выделяемой теплоты отдельными узлами источника питания температура перегрева становится выше установившегося значения, что приводит к нарушению работы и преждевременному выходу из строя источника питания.

Для источников питания сварочной дуги, как и любого электротехнического устройства, установлены три режима работы: продолжительный, перемежающийся и повторно-кратковременный.

В продолжительном режиме источник питания работает под нагрузкой длительное время при установившейся температуре. В этом режиме работают однопостовые и многопостовые источники питания для автоматической сварки. В данном режиме источник питания работает с постоянной выходной мощностью (рис. 9, а), а его температура (рис. 9,6) в первый момент времени возрастает до установившейся температуры по экспоненте

Источника питания в продолжительном ре- питания в перемежающемся режиме, где Гпу — установившаяся температура перегрева источника питания, °С; / — время режима работы; с; т — постоянная времени нагрева, с.

Постоянная времени нагрева характеризует скорость возрастания температуры источника питания и температуры перегрева и определяется точкой пересечения касательной, проведенной к экспоненте, с прямой Установившейся температуры источника питания. За время / = т температура перегрева составляет 63 % установившейся температуры перегрева Ту.

Перемежающийся режим отличается от продолжительного тем, что источник питания, постоянно включенный в сеть, периодически подключается к нагрузке, т. е. режим нагрузки в течение времени сменяется режимом холостого хода в течение времени. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки, где /н — время работы источника питания под нагрузкой, с; /х — время, в течение которого источник питания находится в режиме холостого хода, с; — время полного цикла работы источника питания, равное сумме.

При работе в перемежающемся режиме (рис. 10, а) выходная мощность источника питания имеет циклический характер, т. е. изменяется. При этом режиме температура (рис. 10,6) за время не успевает достигнуть установившейся температуры ^ источника питания, равной Гпу + Г0, а за время — снизиться до температуры окружающей среды Т0. По истечении времени работы источника питания его температура Т колеблется между некоторыми максимальным и минимальным Т\ значениями температур. Среднее значение этих температур соответствует значению выходной мощности, отдаваемой источником питания в нагрузку. Перемежающийся режим работы источников питания характерен для ручной и механизированной дуговой сварки. Повторно-кратковременный режим отличается от перемежающегося тем, что во время пауз в работе источник питания отключается от напряжения сети. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения, где t„ — время паузы, в течение которой источник питания отключен от напряжения сети, с; /ц — время цикла работы источника питания, равное.

При повторно-кратковременном режиме выходная мощность источника питания (рис. II, а) изменяется циклически от нуля до P max, а изменение температуры источника питания (рис. 11,6) характеризуется экспонентой с более крутым нарастанием температуры при прохождении пускового тока во время подключения источника питания к напряжению сети и к нагрузке.

Длительность цикла работы источников питания для ручной дуговой сварки принимают равной 5 мин, а для автоматической и механизированной сварки — 10 мин. Например, при ПН-60 % источник питания подключен к нагрузке в течение 6 мин, а в режиме холостого хода находится в течение 4 мин.

Если значение ПН % (или ПВ %), при котором должен работать источник питания, выше значения, приведенного в паспорте, то сварочный ток уменьшается, исходя из практического опыта или использования справочных данных для электроустановок.

В СССР принята единая система обозначения источников питания сварочной дуги, состоящая из буквенно-цифровых индексов. Первая

буква единой системы, обозначения показывает сокращенное название изделия (А — агрегат; В — выпрямитель; Г — генератор; П — преобразователь; Т — трансформатор); вторая буква—вид сварки (Г — в, защитных газах; О — открытой дугой; Ф — под флюсом); четвертая буква М — много- постовой источник питания, а ее отсутствие — однопостовой источник питания; пятая буква показывает тип двигателя для агрегатов с приводным двигателем внутреннего сгорания (Б — бензиновый; Д —

При кратковременном режиме сварочного тока в сотнях ампер; третья и четвертая цифры — номер модификации источника питания. Следующие после цифр буквенно-цифровые индексы показывают: первая буква — климатическое исполнение (ХЛ — для эксплуатации в районах с холодным климатом; У — в районах с умеренным климатом; Т — в районах с тропическим климатом); вторая цифра — категорию размещения источника питания (1 — открытый воздух; 2 — неотапливаемые помещения; 3.— помещения с естественной вентиляцией; 4— помещение с принудительной вентиляцией и отоплением; 5— помещение с повышенной влажностью).

Примеры. ВДГМ-1602УЗ — выпрямитель для дуговой сварки в защитных газах, многопостовой, с значением сварочного тока 1600 А, имеет вторую модификацию, предназначен для эксплуатации в районах с умеренным климатом и для работы в закрытых помещениях.

АДОД-305Т1 — агрегат для ручной дуговой сварки с дизелем в качестве автономного привода, с значением сварочного тока 300 А, имеет пятую модификацию, предназначен для эксплуатации в районах с тропическим климатом и для работы на открытом воздухе.

Климатическое использование и категория размещения источников питания сварочной дуги регламентируются соответствующими стандартами.

Вопросы для повто/p/tdрения

Опишите строение сварочной дуги.
Опишите характеристики, сварочной дуги.
Какие физические процессы протекают при горении сварочной дуги постоянного тока?
В чем заключаются особенности горения сварочной дуги переменного тока?
Какие требования предъявляют к источникам питания сварочной дуги?

Источник

Вольт-амперные характеристики источников сварочного тока

Статические характеристики источников сварочного тока

Вольт-амперной характеристикой дуги называют зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме. Напряжение в процессе сварке зависит от длины дуги, чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. Чем круче вольт-амперная характеристика источника сварочного тока, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток.

Статическая вольт-амперная характеристика дуги показывает зависимость между установившимися значениями тока и напряжения дуги при постоянной ее длине.

При ручной сварке статическая характеристика сварочной дуги обычно является жесткой, и отклонение тока при изменении длины дуги зависит только от типа внешней характеристики источника питания.

Внешняя вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость Uи= f(Iд), которую в общем виде получим из анализа схемы энергетической системы «источник- дуга»

Источник может pаботать в одном из тpех режимов: холостой ход, нагpузка, коpоткое замыкание.

При холостом ходе дуга не горит, ток отсутствует. В этом случае напряжение источника, называют напряжением холостого хода, максимальное напряжение источника

При нагрузке по дуге и источнику идет ток, напряжение, ниже, чем при холостом ходе, на величину падения напряжения внутри источника.

Экспериментально внешняя характеристика источника снимается измерением напряжения и тока при плавном изменении сопротивления нагрузки, при этом дуга обычно имитируется линейным активным сопротивлением-балластным реостатом.

Графическое представление полученной зависимости напряжения от тока и есть внешняя вольт- амперная характеристика источника. При уменьшении сопротивления нагрузки увеличивается ток и снижается напряжение источника. Таким образом, в общем случае внешняя вольт- амперная характеристика источника- падающая.

Оценим коэффициент полезного действия источников тока и режимов их работы. Очевидно, что для повышения коэффициента полезного действия, т.е. повышения эффективности расходования энергии, следует уменьшать внутренние сопротивление источника. Самый высокий коэффициент, близкий к единице, получается при самых малых сварочных токах, когда сопротивление приближается к бесконечности.

Динамические свойства источника сварочного тока

Динамические свойства характеризуются временем восстановления напряжения с момента короткого замыкания, до рабочего значения, когда горит дуга. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше динамичнее свойства источника тока

Процессы в реальной системе «источник — дуга» чрезвычайно быстры. Интервалы установившегося состояния длятся не более нескольких секунд. Переходные процессы возникают от воздействия со стороны сварщика вызывают, переход от режима холостого хода к короткому замыканию и далее к режиму нагрузки, плавное снижение тока при удлинении дуги в конце сварки. Процессы могут вызываться внешним воздействием, такими, как колебания напряжения сети, или внутренними, возникающими, например, при капельном переносе электродного металла. Импульсные воздействия могут генерироваться источником для управления переносом электродного металла и формированием шва. Но чаще пульсирующий характер питающего напряжения считается недостатком, такое напряжение имеют, например, трехфазные сварочные выпрямители и особенно однофазные выпрямители без сглаживающего фильтра. В режиме непрерывного переходного процесса идет сварка дугой переменного тока. В этой связи возникает вопрос о правомерности понятия статической вольт- амперной характеристики применительно к источникам переменного и выпрямленного не сглаженного тока. Однако доказано,что если статическая характеристика такого источника построена для действующих(или средних) значений тока и напряжения, то почти все выводы, полученные для источника постоянного тока, с известной точностью pаспpостpаняются и на нее.

В простейших источниках необходимый уровень динамических свойств обеспечивался подбором таких параметров источника, как напряжение холостого хода, внутреннее сопротивление, а также индуктивность сварочной цепи.

Развиваются также источники с обратными связями. В них с помощью датчиков тока и напряжения контролируется фактическое значение характеристик переходного процесса(пикового тока, длительности короткого замыкания и т.д.), а после сопоставления их с регламентированными значениями система управления воздействует на источник, приводя эти характеристики в норму. Этот принцип управления динамическими свойствами назван компенсационным.

Разумеется, в конкретном источнике могут сочетаться несколько принципов управления.

Проверка свойств сварочных свойств источников питания

Для испытания источников питания ручной дуговой сварки применяют дифференцированный и совокупный методы.

Дифференцированный метод применяют для оценки:

Совокупный метод испытаний применяют при сравнительных испытаниях для оценки сварочных свойств в целом по единичному обобщенному показателю, при этом сравнение проводят с двумя образцовыми источниками питания с заранее известными и различными по значению показателями сварочных свойств.

Для испытания источников питания автоматической и полуавтоматической сварки в углекислом газе применяют дифференцированный метод, по которому оценивают:

Дифференцированный метод оценки сварочных свойств источников питания ручной дуговой сварки применяют при периодических, типовых, предварительных и приемочных испытаниях, а источников питания сварки в углекислом газе, кроме того, при сравнительных испытаниях.

При предварительных, приемочных и сравнительных испытаниях, наряду с оценкой сварочных свойств источников, проводят оценку сварочных свойств серийного источника того же назначения.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Перенос металла в дуге и требования к динамическим свойствам источников питания

Динамические характеристики системы дуга— источник питания обусловлены механизмом первоначального возбуждения и в последующем, при горении дуги, — характером переноса электродного металла в сварочную ванну. Капли расплавленного металла периодически замыкают дуговой промежуток, периодически изменяя силу тока и длину дуги (рис. 8-8): происходит переход от холостого хода к короткому замыканию, далее к рабочему режиму — горению дуги (образование и рост капли) — тх, потом к короткому замыканию, которое происходит при контакте между каплей и ванной — т2. При этом ток резко увеличивается до /тах, что приводит к сжатию капли и перегоранию мостика между каплей и электродом. В дальнейшем напряжение почти мгновенно возрастает и дуга вновь возбуждается, после чего процесс периодически повторяется.

Смена режимов происходит в течение долей секунд. Поэтому источник питания должен обладать высокими динамическими свойствами, обеспечивающими достаточно большую скорость повышения напряжения при разрыве цепи и нужную скорость нарастания тока. От динамических свойств источника зависит количество брызг при сварке.

При малой скорости нарастания тока в ванну поступает нерасплавленная проволока. Она сравнительно медленно разогревается на большом участке длины, затем разрушается. Если ток возрастает очень быстро, мостик между ванной и каплей электродного металла быстро перегревается и разрушается со взрывом. Часть расплавленного металла разбрызгивается, не попадая в шов. С увеличением плотности тока уменьшаются размеры капель вплоть до струйного стекания металла в сварочную ванну.

Величину ТоКа, при Которой происходит Stot переход, Для Данной проволоки и среды называют критическим током.

Для управления процессом переноса металла на основной режим сварки иногда накладывают электрические импульсы, параметры которых (ток, напряжение, мощность) изменяются во времени по определенной программе. В этом случае параметры режима выбирают таким образом, что теплота, выделяемая дугой, питаемой от основного источника в промежутке между импульсами, недостаточна для плавления электрода при заданной скорости подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается. Во время действия импульса тока образуется капля металла и возрастает величина электродинамической силы, сжимающей перешеек капли у проволоки и отбрасывающей каплю строго в направлении оси электрода. Скорость плавления электрода во время импульса больше, чем скорость его подачи, вследствие чего длина дуги восстанавливается.

Условием стабильного течения процесса является равенство скорости подачи и общей скорости плавления электрода за один цикл (импульс + пауза). Поэтому при импульсном источнике питания мелкокапельный перенос получается при меньших плотностях тока, чем для обычного процесса. При этом параметры импульсов, частота которых находится в пределах 90—100 Гц, обеспечивают перенос одной капли за импульс.

Общие сведения об источниках питания и их технологических свойствах. Конструктивные и электрические особенности источников питания описаны в специальной литературе, посвященной электросварочному оборудованию. В настоящей книге изложены лишь общие сведения, необходимые для понимания технологических вопросов сварки плавлением.

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного и постоянного тока. К источникам переменного тока относятся сварочные трансформаторы и генераторы переменного тока. Сварочные генераторы и выпрямители, а также импульсные источники составляют группу источников питания постоянным током. Источники питания могут быть однопостовыми, питающими один сварочный пост, и многопостовыми, питающими одновременно несколько сварочных постов.

Из общего упрощенного уравнения внешней характеристики источника питания

— напряжение холостого хода; гэ — эквивалентное сопротивление источника или схемы, следует, что

На основе этих уравнений можно осуществлять настройку режима горения дуги. Изменяя напряжение холостого хода UXmX9 можно получить различные характеристики (рис. 8-9, а), соответствующие ряду значений тока /д1, /д2, /д3 и т. д. при неизменном напряжении (/д1, либо ряд напряжений £/д1, £/д2, £/д3 и т. д. при неизменном токе /д1. Такая система настройки приводит к тому, что приходится либо чрезмерно снижать напряжение холостого хода, соответствующее малым токам, либо излишне его повышать при настройке на большие. Это неудобно в эксплуатации и снижает экономические показатели источника.

Изменяя гэ при неизменном £/х. х, можно получить семейство кривых, показанных на рис. 8-9, б. Такие источники более удобны, но вследствие того, что напряжение холостого хода выбирают исходя из среднего режима работы, устойчивость дуги (особенно переменного тока) при сварке на малых токах будет недостаточной.

Наиболее эффективным является комбинированный плавно-ступенчатый метод настройки, при котором диапазон регулирования разбивается на две-три ступени настраиваемым изменением Uxx. В пределах ступени настройку производят за счет изменения гэ (рис. 8-9, в).

Источник