Различие физических свойств электрода и изделия, особенно сильное, например, при сварке вольфрамовым электродом алюминиевых сплавов, приводит к тому, что напряжение на дуге в одном полупериоде резко отличается от напряжения в другом полупериоде. Температура конца вольфрамового электрода в несколько раз выше температуры ванны с расплавленным алюминием, поэтому условия возбуждения дуги в соседних полупериодах оказываются также различными.
Дуга возбуждается при низком напряжении, когда катодом является вольфрам. Для возбуждения дуги в следующем полупериоде требуется очень большое напряжение, так как термоэлектронная эмиссия с алюминия мала. Поэтому формирование катода на алюминии оказывается возможным лишь при больших пиках напряжения зажигания. Для обеспечения надежного зажигания дуги в этих полупериодах приходится использовать импульсные генераторы, чтобы не увеличивать чрезмерно напряжение холостого хода трансформатора.
Рассмотрим электрические процессы в идеальном источнике питания, который может быть представлен в схеме замещения одной индуктивностью (ссылка на рис.), при работе его на дугу, обладающую заметной разницей падения напряжения в соседних полупериодах. Диаграмма напряжений и токов в цепи дуги при сварке неплавящимся электродом приведена на рис.5.11.
|
|
Рис.5.11. Диаграмма напряжений и токов.
Допустим, что в положительном полупериоде , а в отрицательном .
Основное уравнение дуги
(5.1)
решение этого уравнения для положительного полупериода
, (5.2)
для отрицательного . (5.3)
Т.к. рассматриваемая цепь не содержит активного сопротивления, то среднее значение напряжения дуги за период должно быть равно 0.
, (5.4)
откуда , (5.5)
, (5.6)
Постоянные интегрирования С1 и С2 и фаза могут быть найдены из следующих условий:
i d=0; при =0, =1, и =2,
из (1) (=0),
из (2) (=2П),
, 5.7)
где .
Однако среднее значение тока не равно 0 за период, т.е. . Постоянная составляющая тока создает в трансформаторе постоянное магнитное поле, накладывающееся на основное. В результате значительно повышается намагничивающий ток трансформатора, понижаются отдаваемая трансформатором мощность и коэффициент мощности. Во многих случаях значительная постоянная составляющая тока оказывается вредной и с технологической стороны, поэтому возникает вопрос о ликвидации или ограничении её в сварочной цепи.
Существуют следующие способы устранения постоянной составляющей тока дуги:
– включение в сварочную цепь ёмкости, препятствующей протеканию постоянного тока;
– включение в сварочную цепь встречного источника постоянного тока;
– включение в сварочную цепь нелинейного активного сопротивления, ограничивающего постоянную составляющую тока (рис 5.12).
|
|
Первый – наиболее распространенный способ, однако он требует включения дополнительной индуктивности.
Второй – более сложный и громоздкий, применяется в лабораторных условиях.
Третий - способ требует подбора сопротивлений и диодов для различных режимов сварки.
Существуют и другие эффективные способы, в частности, преобразователь может быть рассчитан на несимметричную кривую напряжения холостого хода, что позволяет устранит постоянную составляющую тока без каких – либо специальных мер.
Рис.5.12. Ограничение постоянной составляющей тока дуги
нелинейным сопротивлением.
Аналогичный эффект может дать использование нелинейных индуктивных сопротивлений, обладающих несимметричными зависимостями числа потокосцеплений от сварочного тока.