1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Источники постоянного тока используемые при сварке

Источники 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).

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;

Четыре вида источников питания электрической дуги при сварке

Источники питания для сварки представляют собой различные преобразователи тока промышленной частоты либо генераторы, самостоятельно вырабатывающие электроэнергию необходимых параметров.

Читать еще:  Что будет с водопроводом в неотапливаемом доме

По причине того, что для электродуговой сварки требуются особые параметры питающего тока и напряжения (приводя усредненный пример — напряжение низкое, а ток очень большой), стандартное напряжение бытовой или промышленной сети требуется, как минимум, понизить.

Как максимум — привести рабочие характеристики питания в соответствие с заданной потребностью. Поэтому к источникам питания сварочной дуги выдвигаются особые требования.

Основные требования

Источник питания для сварочных работ любого вида и класса должен удовлетворять следующим ключевым характеристикам:

  • обеспечивать легкость зажигание дуги;
  • поддерживать стабильное горение;
  • контролировать верхний порог тока короткого замыкания;
  • обладать хорошей динамикой;
  • соответствовать требованиям по электробезопасности.

Под динамикой в данном случае понимается скорость восстановления напряжения от момента контакта электрода с массой (возникновения короткого замыкания) до вспыхивания дуги, то есть образования электрического пробоя воздуха.

Дуга вспыхивает при напряжении около 20 В. Время от момента короткого замыкания до вспышки дуги у хорошего источника питания должно составлять не более 0,05 секунды. Чем оно меньше, тем динамика выше.

Кроме того, очень важно, чтобы источник поддерживал стабильное горение дуги, то есть автоматически регулировал изменение напряжения от режима холостого хода (60-90 В) до напряжения рабочего хода (18-20 В).

Эти требования предъявляются ко всем без исключения устройствам. Им должен соответствовать даже самодельный сварочный аппарат, собранный для ручной дуговой сварки из блока питания компьютера.

Кстати, из последнего собрать устройство для домашнего применения не так уж сложно. Импульсный блок питания как раз и предназначен для понижения сетевого напряжения. Но варить можно будет только тонкий металл.

Принципы классификация

Источники питания сварочной дуги классифицируются по многим градациям. В их числе:

  • по предназначению — для ручной сварки, сварки под флюсом или в среде защитного газа (например, аргонодуговой);
  • по числу сварочных постов, которые можно подключить единовременно;
  • по способности передвигаться — мобильные и стационарные;
  • по способу производства энергии — преобразователи или производители;
  • по роду выходного тока;
  • по ВАХ (вольт-амперная характеритика).

Основными параметрами сварочного аппарата для сварщика являются назначение данного конкретного агрегата и сварочный ток, который он выдает. Во многих случаях ключевым требованиям является подбор нужной вольт-амперной характеристики (ВАХ).

Так, например, для сварки в среде защитных газов требуются устройства с жесткой характеристикой, варящие постоянным током. Для ручной и полуавтоматической сварки под флюсом применяются аппараты переменного и постоянного тока с падающей характеристикой.

Некоторые современные источники питания сварочной дуги универсальны: имеют много режимов работы, в том числе позволяют менять род сварочного тока и изменять его ВАХ.

Четыре вида преобразователей

Основное различие между источниками питания сварочной дуги, определяющее их технические характеристики, массу, габариты и сферу применения — это различия по принципу преобразования электротока.

Существуют следующие виды источников:

  • трансформаторы;
  • выпрямители;
  • преобразователи;
  • инверторы.

Особняком стоят генераторы, так называемые агрегаты. Эти машины — не вторичные, а первичные источники энергии, они не преобразуют тем или иным способом питание от городской или промышленной сети, а вырабатывают его сами.

Как правило, агрегаты строятся на базе двигателя внутреннего сгорания — бензинового или дизельного. Первые — дешевле, вторые имеют большую мощность и моторесурс.

Трансформатор

Это самый простой тип сварочного аппарата. Основой ему служит дроссель — реактивная катушка индуктивности.

Простой понижающий трансформатор понижает вольтаж сети до величины холостого хода — 60…80 В. В дальнейшем при работе поддерживается напряжение сварки в 20 В.

Трансформатор варит только переменным током. Его достоинство состоит в простоте конструкции (можно изготовить своими руками, рассчитав число витков обеих намоток).

Он имеет высокий КПД, сравнительно небольшой расход энергии, отличается надежностью в сочетании с ремонтопригодностью. Трансформаторный источник питания дуги бесшумно работает, относительно немного стоит.

Но использование для сварки переменного тока имеет и определенные недостатки. У такого источника питания сварочной дуги большие габариты и очень большая масса.

Дуга горит нестабильно, и сильно зависит от скачков питающего напряжения. Возникает необходимости в использовании специальных покрытых электродов. Перечень металлов и сплавов, которые можно варить переменным током (в основном это низкоуглеродистые стали), ограничен.

Выпрямитель

Как следует из названия, это устройство, выпрямляющее переменный ток, то есть преобразующее его в постоянный. Для этого используются полупроводниковые элементы на основе селена либо кремния.

Выпрямители могут быть однофазные и трехфазные, стационарные или мобильные, иметь любую вольт-амперную характеристику — либо жестко заданную производителем, либо изменяемую пользователем согласно его нуждам.

У выпрямителей есть много достоинств. Это бесшумная работа, высокий КПД (выше, чем у трансформаторов), широкий диапазон использования (можно варить любые металлы и сплавы). У такого источника питания малые потери на холостом ходу, сравнительно небольшие габариты и вес и малое потребление энергии.

Недостатков у них немного, но, к сожалению, они довольно существенные. Выпрямители, как источники питания сварочной дуги, очень сильно нагреваются во время рабочего процесса, поэтому нуждаются в хорошей системе охлаждения, за которой надо тщательно следить.

Кроме того, они очень чувствительны к скачкам напряжения, не любят пыли, которая может вывести из строя систему охлаждения, и достаточно дороги.

Преобразователи

Преобразователь — устройство, механическим способом превращающее переменный ток в постоянный. По сути своей это электродвигатель, который вращает вал генератора постоянного тока. Когда-то это были первые устройства, способные производить сварку постоянным током.

По похожему принципу работают и генераторы, питающиеся от бензинового или дизельного мотора.

Читать еще:  Как сделать утепление пола на мансарде

Несмотря на кажущуюся нелогичность конструкции, преобразователи также имеют свои плюсы и минусы. Основное их достоинство в том, что эти аппараты нечувствительны к перепадам напряжения — ток на выходе всегда имеет стабильную характеристику.

Кроме того, они могут выдавать очень большой ток — 300, 500, некоторые модели 1000 А. В некоторых видах работ, например, при сварке толстых металлических плит, это принципиально.

Их недостатки заключаются в большой массе (до 500 кг), а также в необходимости регулярного ТО из-за наличия вращающихся с высокой скоростью деталей. КПД преобразователей невысок из-за трат энергии на раскрутку вала двигателя.

Инверторы

Инверторы — особый класс источников питания сварочной дуги. Это сварочные аппараты, которые оптимально подходят для бытовых нужд.

Благодаря малым размерам и удобству в обращении они активно используются там, где нужна мобильность, а также есть ограничения по мощности, которую можно взять от сети.

Большинство инверторных источников питания сварочной дуги можно включать в обычную розетку, не боясь перегруза сети.

Принцип действия этих устройств заключается в инверсии — зеркальном превращении одного состояния энергии в другое. Инверторный аппарат осуществляет сварку переменным током высокой частоты, который он получает из постоянного тока, а его, в свою очередь — из промышленного переменного.

Инверсия позволяет увеличить частоту тока в 1000 раз — до 50 кГц. За счет этого удалось добиться существенного снижения размеров и веса аппарата.

Благодаря некоторым инверторным источникам питания сварочной дуги можно производить сварку и постоянным, и переменным током, в зависимости от режима.

К их достоинствам, кроме габаритов, относится малое энергопотребление, высокий уровень безопасности, плавная регулировка выходного тока и малое разбрызгивание расплава при сварке.

Список недостатков невелик. Аппарат нуждается в тщательном уходе и защите от пыли, не любит морозов, и не очень дешев в ремонте. Инвертор можно назвать оптимальным аппаратом для ручной сварки.

Источники тока для дуговой сварки

1. Общие сведения. Для дуговой сварки применяют как по­стоянный, так и переменный ток. Источниками постоянного тока являются сварочные генераторы постоянного тока и сварочные выпрямители — селеновые, германиевые и кремниевые. Генераторы постоянного тока изготовляют стационарными и передвижными с приводом от электродвигателя и от двигателя внутреннего сго­рания.

При сварке переменным током используют преимущественно сварочные трансформаторы, которые применяются значительно чаще, чем источники постоянно­го тока. Сварочные трансформа­торы более просты в изготовле­нии и эксплуатации, имеют не­большую массу и меньшую стои­мость, а также обладают более высоким КПД и более долго­вечны.

Источники постоянного тока для дуговой сварки изготовляют однопостовыми и многопостовы­ми, а источники переменного тока —только однопостовыми.

2. Основные требования, предъявляемые к источникам свароч­ного тока. Источники сварочного тока должны обеспечить легкое зажигание и устойчивое горение дуги, ограничивать ток короткого замыкания и быть безопасными в работе. В связи с тем что в момент зажигания дуги, когда электрод, свариваемое изделие и воздушный промежуток между ними еще недостаточно нагреты, для ионизации воздушного промежутка требуется большая кинетическая энергия электронов, а следовательно, и более высокое напряжение, чем при горении дуги. Величина напряжения, необходимого для зажи­гания дуги, называемого напряжением холостого хода источника сварочного тока должна быть не ниже 30. 35 В для источников по­стоянного тока и не менее 50. 55 В для источников переменного тока. Из соображений безопасности оно не должно превышать 80 В. Наиболее часто напряжение источников постоянного и переменного тока находится в пределах 60. 80 В. Для устойчивого горения открытой дуги в большинстве случаев достаточно напряжения 18. 30 В.

Рис. II. 3. Соотношения характеристик источника сварочного тока и сварочной дуги и виды внешних характеристик сварочного тока.

Во время коротких замыканий электрода с изделием, происхо­дящих в моменты зажигания дуги и переноса электродных капель через дуговой промежуток (до 30. 40 замыканий/с) при сварке плавящимся электродом, сопротивление сварочной цепи падает почти до нуля, а сварочный ток даже при незначительном напря­жении сильно возрастает. Для ограничения тока короткого замы­кания необходимо, чтобы с увеличением тока нагрузки напряжение на зажимах источника тока снижалось. Иначе говоря, нужно, чтобы источники тока имели так называемую падающую внешнюю харак­теристику 1 (рис. II.3). Внешней характеристикой называется за­висимость между напряжением на зажимах источника тока и током нагрузки, выраженная графически. Падающая внешняя характе­ристика обеспечивает устойчивый режим горения дуги. Он опре­деляется точкой С пересечения падающей внешней характеристики 1 источника сварочного тока и жесткой статической характеристики 2 дуги. При случайном увеличении тока против значения Iсв напря­жение источника тока уменьшится (кривая 7), а это приведет к умень­шению тока до первоначального значения Iсв. С уменьшением тока против значения Iсв параметры тока и напряжения изменяются в противоположном направлении. Следовательно, для питания дуги с жесткой характеристикой необходимо, чтобы источники тока имели падающую (крутую 3 или пологую 4) внешнюю характеристи­ку. Для питания дуги с возрастающей статической характеристикой более пригодны источники тока с жесткой 5 или возрастающей 6 внешней характеристикой.

Важное значение для источников тока имеет время восста­новления напряжения от момента короткого замыкания, когда оно почти равно нулю, до значения 18. 20 В, когда происходит зажигание дуги. Это время не должно превышать 0,05 с.

3. Сварочный трансформатор снижает высокое напряжение сети (220 или 380 В) до напряжения холостого хода трансформатора (60. 80 В). Кроме этого, трансформатор создает на дуге падающую внешнюю характеристику. Для этого последовательно G дугой и вто­ричной обмоткой трансформатора включают так называемую дрос­сельную, т. е. реактивную, обмотку или используют трансформаторы с увеличением магнитных потоков рассеяния. Во время прохожде­ния сварочного тока в витках дроссельной обмотки индуктируется ЭДС (электродвижущая сила) самоиндукции, имеющая направление, противоположное направлению основной ЭДС трансформатора. Поэтому напряжение, подведенное к дуге, снижается от значения холостого хода до 18. 30 В во время горения дуги и почти до нуля при коротком замыкании.

Читать еще:  Что это крыша комната мансарда одним словом

Рис. II. 4. Схема сварочных трансформаторов.

Применяют две схемы включения дроссельной обмотки с трансформаторными. В первой схеме (рис. II. 4, a) первичная 1 и вторичная II обмотки понижающего однофазного трансформатора размещены на железном сердечнике 1, а дроссельная обмотка III — на сер­дечнике 2 и представляют собой два отдельно выполненных аппара­та. Во второй схеме включения (рис. II. 4, б) трансформаторные (I, II) и дроссельная (III) обмотки размещены на общем железном сердечнике и представляют собой один аппарат. Та часть сердеч­ника, на которой размещены обмотки I и II,— это собственно транс­форматор, а часть, где размещена обмотка III,— дроссель. Ток в трансформаторах этих двух типов регулируется изменением ве­личины самоиндукции дросселя при увеличении или уменьшении воздушного зазора между подвижной и неподвижной частями его сердечника. С увеличением зазора самоиндукция дросселя, которая зависит от магнитного потока сердечника, уменьшается, а напряже­ние на дуге и, следовательно, сварочный ток увеличиваются. Уменьшение зазора обусловливает обратное явление.

В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеянием ис­пользуется свойство магнитных потоков, которые замыкаются через воздух, индуктировать в соответствующих обмотках ЭДС самоин­дукции, которая, как и в трансформаторах первых двух типов, на­правлена против основной ЭДС трансформатора. Для этого пер­вичную и вторичную обмотки помещают на разных стержнях сер­дечника трансформатора или на одном сердечнике (рис. II. 4, в), но с некоторым расстоянием между ними. При этом магнитные си­ловые линии рассеиваются и замыкаются через воздух только вокруг одной обмотки, не затрагивая другую. Ток в трансформаторах этого типа регулируют изменением расстояния между первичной I и вторичной II (рис. III. 4, в) обмотками при перемещении катушек вторичной обмотки. С увеличением расстояния между ними потоки рассеяния увеличиваются, а ток уменьшается, и наоборот. Для уве­личения потоков рассеяния, а также для регулирования силы сва­рочного тока в некоторых конструкциях трансформаторов этого типа на пути потоков рассеяния устанавливают стальные шунты. Изменением их положения регулируют силу сварочного тока.

Для сварки трехфазной дугой используют специальные свароч­ные трансформаторы трехфазного тока.

4. Однопостовые сварочные генераторы постоянного тока имеют падающую внешнюю характеристику, которая создается непосред­ственно в самом генераторе. Эго достигается размагничиванием основного потока генератора магнитным потоком последовательной обмотки возбуждения или магнитным потоком обмоток якоря (ре­акцией якоря).

Генератор имеет обмотку, подключенную к главной щетке и вспомогательной щетке, и обмотку, которая подключается к главным щеткам. Напряжение между щетками при холостом ходе и всех режимах нагрузки остается постоянным. Поэтому постоянным яв­ляется и магнитный поток Фп, создаваемый обмоткой, подключен­ной к этим щеткам (генератор с самовозбуждением). Во время хо­лостого хода ЭДС генератора, а следовательно, и напряжение на главных щетках и на дуге будут зависеть только от потока па­раллельной обмотки. При горении дуги сварочный ток проходит через последовательную (сериесную) обмотку, включенную так, что ее магнитный поток Фс направлен против магнитного потока Фп. Поэтому ЭДС генератора, индуктируемая в обмотке якоря генера­тора результирующим магнитным потоком, также снизится, и это вызовет снижение напряжения на дуге. При коротком замыкании поток Ф будет почти равен потоку Фп. Поэтому результирующий магнитный поток, а следовательно, и напряжениё на главных щет­ках и на дуге также понизятся почти до нуля.

Сварочный ток в генераторах этого типа регулируется измене­нием тока возбуждения параллельной обмотки с помощью реостата или изменением числа витков параллельной и сериесной об­моток.

5. Многопостовые сварочные генераторы постоянного тока имеют последовательную и параллельную обмотки возбуждения, создающие магнитные потоки соответственно Ф и Фп одного направления. Поэтому внешняя характеристика у этих генераторов не падающая, а жесткая. Для создания падающей ха­рактеристики на дуге на каждом рабочем посту последовательно с дугой включают балластные реостаты 4. При замыкании свароч­ной цепи часть напряжения генератора теряется в балластном реос­тате согласно уравнению

где Up — потеря напряжения в реостате, В; R — сопротивление реостата, Ом.

При коротком замыкании потеря напряжения в балластном реостате почти равна напряжению на зажимах генератора, и по­этому напряжение на дуге падает почти до нуля. Балластным реоста­том пользуются также для регулирования сварочного тока, а реос­тат 2 изменяет напряжение холостого хода генератора.

6. Сварочные выпрямители состоят из полупроводниковых эле­ментов-вентилей. Полупроводниковый вентиль хорошо проводит ток только в одном направлении. Для сварочных выпрямителей в основном используют селеновые вентили на алюминиевой основе. В настоящее время разработаны и выпускаются германиевые и крем­ниевые выпрямители, которые лучше селеновых по техническим данным.

Выпрямительные установки состоят из трансформатора и полу­проводникового выпрямителя. Все выпрямители имеют высокий КПД, небольшие размеры, легки и сравнительно дешевы; дают возможность плавно регулировать ток и обеспечивают устойчивое горение дуги. Подобно сварочным генераторам они могут быть однопостовыми и многопостовыми и иметь падающую, пологую или жесткую внешнюю характеристики. Для создания падающей характеристики используются сварочные трансформаторы с уве­личенным магнитным рассеянием или для этой цели служит дрос­сель. Для ручной сварки применяют выпрямители с падающей внеш­ней характеристикой, для полуавтоматической в углекислом газе — выпрямители с жесткой или пологопадающей характеристикой.

Источники:

http://studopedia.ru/1_125923_istochniki-svarochnogo-toka.html
http://svaring.com/welding/prinadlezhnosti/istochniki-pitanija-svarochnoj-dugi
http://helpiks.org/6-51174.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector