Что такое динамические свойства сварочных источников питания

№136 Динамическая характеристика и работа источника питания

Динамические свойства источника питания в основном определяются.

Просмотр содержимого документа
«№136 Динамическая характеристика и работа источника питания»

Динамическая характеристика и работа источника питания.

Динамическая характеристика источника питания.

Упоминавшиеся до сих пор внешние характеристики источника тока называются статическими. Это означает, что они определяют конечное значение тока, измеренное при определенном напряжении, и не отражают закон изменения тока и напряжения в переходный период. Динамическую характеристику источника характеризует, например, время восстановления напряжения от нулевого значения в момент короткого замыкания до напряжения повторного зажигания дуги.

Динамические свойства источника питания в основном

определяются индуктивностью источника питания дуги.

Повышенные динамические свойства источника питания обеспечивают спокойный перенос электродного металла, уменьшение разбрызгивания электродного металла при сварке и улучшение качества шва.

Внешняя характеристика источника тока, установленная предварительно, в процессе сварки не изменяется. Колебания режима сварки, происходящие о т возмущений (от изменения длины дуги и др.) в процессе сварки, обусловлены только изменением статической характеристики дуги.

Для получения равномерного шва по длине и глубине необходимо, чтобы дуга при изменении длины в определенных границах оставалась бы стабильной. Это особенно важно при сварке покрытыми электродами, где затруднено сохранение постоянной величины длины дуги.

Режим работы источника питания.

Работа источника питания обычно происходит с чередующимися включениями и выключениями нагрузки (во время смены электрода, очистки шва от шлака, переходах и т. д.) и характеризуется продолжительностью работы (ПР) или продолжительностью включения (ПВ). Это позволяет допускать временную перегрузку источника. Обе эти величины выражаются в процентах: ПР = [t_св(t_св +t_х.х)] 100, ПВ = [t_св(t_св +t_п)] 100, где t_св — время сварки, t_х.х — время холостого хода, t_п — время паузы.

Практически ПР = ПВ. Для расчета ПР или ПВ берется время цикла сварки

t_ц = (t_св +t_х.х) = (t_св +t_п) = 5 мин (иногда принимают t_ц = 10 мин).

Как правило, для ручной сварки t_св = 3 мин, t_п = 2 мин.

В паспорте каждого источника питания указывается номинальный сварочный ток (I_н) и номинальное значение продолжительности работы ПР_н (или ПВ_н). Номинальный (расчетный) ток определяется допустимым нагревом основных частей источника. Максимально допустимый сварочный ток определяется по формуле I_н = I_н , где ПР_д — допустимое значение ПР.

Пользуясь этой формулой, можно правильно использовать источник без перегрузки (без перегрева).

Пример 1.

Определить допустимый сварочный ток для источника, в паспорте которого приведены

I_н = 500 А и ПР_н = 65%, если источник работает непрерывно более 10 мин, т.е. ПР = 100%.

I_д = 500 ≈ 500(8/10) = 400 А.

Таким образом, данный источник питания может работать непрерывно при сварочном токе

Пример 2.

Определить допустимый ПР_д сварочного трансформатора при токе 1200А, если по паспорту

Из приведенной выше формулы ПР_д = ПР_н(I 0 _н/I 2 _н) = 75(1000 2 /1200 2 ) = 75*(100/144) = 52%.

Вольт-амперные характеристики источников сварочного тока

ВДМ-6301

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:

• начального зажигания дуги;
• стабильности процесса сварки;
• разбрызгивания металла;
• качества формирования шва;
• эластичности дуги.

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:

• надежность установления процесса сварки;
• потери металла;
• качество формирования шва.

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.

Источники питания для сварки

Основная задача источников питания сварочной дуги — это получение электрического тока, по своим характеристикам подходящего для выполнения сварочных работ, путём преобразования тока промышленной частоты.

Использовать на прямую из сети напряжение у нас не получится, в связи с тем, что ток у нас в сети переменный и маленький по величине, а напряжение большое. За частую необходим постоянный ток с возможностью выбора полярности. Для таких целей и необходим источник питания сварочной дуги.

Основные требования

На сегодняшний день все источники питания должны соответствовать следующим основным требованиям:

• иметь в наличии плавную регулировку режимов сварки во всём диапазоне;
• иметь в наличии приборы для контроля режимов сварки;
• обеспечивать стабильное горение дуги;
• иметь высокие динамические характеристики;
• соответствовать основным требованиям по электробезопасности.

Наличие плавной регулировки и приборов контроля, обеспечивает точную настройку необходимых режимов сварки.

Динамические свойства сварочного аппарата определяются временем восстановления напряжения холостого хода после короткого замыкания в процессе сварки. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше его динамические характеристики. Восстановление не должно превышать 0,05с.

Для повышения стабильности горения дуги дополнительно могут применяться осцилляторы. Они преобразующие низкое напряжение промышленной частоты в импульсы высокого напряжения и высокой частоты. Наложение этих импульсов на дуговой промежуток повышает устойчивость горения дуги.

Классификация источников питания сварочной дуги

Источники питания сварочной дуги имеют множество классификаций, а именно:

• по напряжению питающей сети:

1. однофазные (220В);
2. трёхфазные (380В).

• по внешней статической характеристики:

1. падающие;
2. жёсткие;
3. штыковые.

• по числу питаемых постов:

1. однопостовые;
2. многопостовые.

• по роду тока:

1. переменный;
2. постоянный.

Виды источников питания

К источнику питания с переменным тока относят сварочный трансформатор.

К источникам питания с постоянным током относят преобразователи, выпрямители, сварочные агрегаты и инверторы.

Трансформатор

На сегодняшний день это самый простой источник питания сварочной дуги который выдаёт на выходе только переменный ток.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется за счёт изменения зазора в катушке дросселя или между обмотками. Ступенчатое — за счёт переключения числа витков первичной и вторичной обмотки.

Трансформаторы очень просты, что даёт возможность изготовить его самостоятельно. В настоящее время трансформаторы не актуально.Это связано с тем, что постоянный ток не даёт стабильного горения дуги, а применение его при сварке нержавеющих сталей невозможно.

Выпрямитель

Преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный, необходимый для сварки.

Выпрямители бывают однофазные и трехфазные, стационарные или мобильные. Иметь возможность изменять вольт-амперную характеристику на жёсткую или падающую, а также полярность при сварке.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется блоком управления, а ступенчатое за счёт переключения обмоток.

Массовое применение их на производстве говорит о их универсальности и производительности. Высокое КПД и возможность применения при сварки различных металлов делает их одними из популярнейших источников питания.

Преобразователь

Работа преобразователя заключается в преобразовании переменного ток сети в механическую энергию электрического двигателя. В результате вращения вала генератора механическая энергия преобразовывается в электрическую энергию постоянного тока.

Большим плюсом является нечувствительность к перепадам напряжения, поэтому на выходе получается постоянный ток имеющий стабильными ВАХ.

Из-за большой массы, практически всегда их делают стационарными. Минусом является низкое КПД и большой износ движущихся деталей.

На данный момент преобразователи утратили свою актуальность.

Инвертор

Принцип действия этих устройств заключается в преобразовании переменного тока сети в постоянный. Далее постоянный ток опять преобразуется в переменный, но только высокой частоты. После этого переменный ток подаётся на высокочастотный сварочный трансформатор который понижает напряжение и преобразует переменный ток в постоянный.

Инверторы на сегодняшний день одни из самых популярных источников питания сварочной дуги. Это обусловлено рядом преимуществ:

• постоянный ток с плавным регулированием;
• доступная цена;
• стабильное горение сварочной дуги и её лёгкое зажигание;
• малые габаритные размеры;
• малое энергопотребление
• малый вес.

Всё это делает инверторные источники питания незаменимыми в быту, а также на больших предприятиях.

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.

При горении дуги перенос металла может быть мелко- ,крупнокапельным и струйным.

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

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.

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.