Сварочные источники питания

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.

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.

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.

Сварочные машины и приспособления — Требования к источникам питания и единая система их обозначения

Подробности Подробности Опубликовано 25.05.2012 16:13 Просмотров: 37660 Страница 3 из 50

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?

Требования к характеристике источника питания при РДС (эластичность дуги)

Требования к характеристике источника питания при РДС или понятие эластичности дуги. Стабильность режима сварки при изменения длины 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 .

Динамические свойства источников питания

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.

Особенности горения дуги на переменном токе с активным сопротивлением в цепи.

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.

Горение дуги на переменном токе с индуктивностью в сварочной цепи.

, 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.

Также по теме:

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

Обозначение сварочных аппаратов. Обозначение из букв и цифр.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *