Источники питания сварочной дуги переменного тока

Классификация источников питания.

Источники питания сварочной дуги.

Лекция 24

Для получения качественного сварного соединения источники питания дуги должны обладать свойствами, удовлетворяющими технологическим и технико–экономическим требованиям.

Технологические требования определяются процессами сварки конкретных изделий, качеством сварного соединения и производительностью сварочного агрегата.

Технико–экономические требования определяют коэффициент полезного действия, коэффициент мощности, габариты, вес, надежность, соответствие технике безопасности и эргономике.

Источники питания сварочных установок классифицируются по ряду показателей.

По роду тока – напряжение постоянного и переменного тока.

По виду внешних характеристик – источники питания, имеющие падающие, пологопадающие, жесткие и пологовозрастающие характеристики.

По способу получения энергии – на зависимые, получающие энергию от обычной стационарной электрической сети и автономные, т.е. получающие энергию от агрегата с двигателем внутреннего сгорания.

По количеству обслуживаемых постов – на однопостовые и многопостовые.

По применению – на общепромышленные и специализированные.

К общепромышленным относятся источники питания для ручной дуговой сварки и механизированной сварки под флюсом. Эти источники предназначены для сварки низкоуглеродистых сталей толщиной более 1 мм. Они, как правило, имеют простую конструкцию и электрическую схему.

К специализированным относятся источники, предназначены для сварки легких металлов и их сплавов (алюминий, дюралюминий, титан), тонкой и особо тонкой стали всех марок, для особо качественных соединений, работающие с штатными и импульсными сварочными дугами. Выполнение высоких технологических требований, предъявляемых к этим источникам, достигается за счет реализации принципов автоматического управления с использованием замкнутых систем регулирования, а также за счет введения специальных конструктивных узлов и систем.

Рассмотрим особенности однопостовых источников, относящихся к группе общепромышленных на примере двух наиболее распространенных видов источников.

Источник, относящийся к первому виду, выполнен на базе трансформаторов с жесткой внешней характеристикой. В данном случае ограничение тока осуществляется посредством дросселя, т.е. катушки с ферромагнитным сердечником, включенным в цепь дуги. Типичный представитель – источник типа СТЭ, т.е. сварочный трансформатор, предназначенный для ручной сварки плавящимся электродом (рис.20.1).

Второй вид источника на базе трансформаторов с падающей характеристикой, которая обеспечивает создание усиленных магнитных полей рассеяния, т.е. большего индуктивного сопротивления самого трансформатора. Это сварочные трансформаторы типа ТД для ручной сварки, резки, и наплавки плавящимся электродом; стабилизированные сварочные трансформаторы типа ТДФ для механизированной сварки под флюсом.

а) конструкция дросселя, б) принципиальная электрическая

схема.

Рис. 24.1. Источник питания типа СТЭ

Источник состоит из двух элементов: трансформатора с жесткой внешней характеристикой и дросселя L с ферромагнитным сердечником.

Сердечник дросселя имеет регулируемый воздушный зазор, и нерегулируемый , обусловленный технологией изготовления.

Для цепи с дугой по второму закону Кирхгофа имеем:

где - действующее комплексное значение ЭДС дросселя; R_L – активное сопротивление обмотки дросселя; L – индуктивность дросселя.

При R_L<<X_L имеем , при коротком замыкании

(U₂ = 0) или .

Рис. 24.2. Внешняя характеристика источника питания СТЭ

Внешние характеристики источника крутопадающие в отличии от внешних характеристик трансформатора, достаточно жесткой (рис.20.2). Как следует из приведенных выше зависимостей, чем выше X_L, тем меньше I_2K и круче характеристики. В свою очередь индуктивное сопротивление X_L зависит от воздушного зазора l_b. Очевидно, что .

Помимо ограничения тока короткого замыкания с помощью изменения воздушного зазора дросселя L_B осуществляется регулирование сварочного тока при одном и том же значении напряжения трансформатора U₂=U_2н().

Зависимость сварочного тока от воздушного зазора дросселя – это есть регулировочная характеристика источника питания. Вид её представлен на рис.20.3 для двух различных напряжений на дуге.

Существенным недостатком дросселя с регулируемым воздушным зазором является вибрация подвижного пакета ПП вследствие возникновения силы F1, которая стремится свести зазоры к нулю (рис.20.4).

Рис. 24.3. Регулировочная характеристика дросселя.

При недостаточной жесткости крепления вибрации подвижного пакета сердечника, происходящие с частотой 100Гц, вызывают изменения установленного зазора, а, следовательно, и режима сварки. Особенно это проявляется при малой величине L_B, когда амплитуда его вибраций соизмерима с ним.

Рис. 24.4. Конструкция дросселя.

Вибрации приводят к нарушению процесса сварки из – за колебаний тока, а также к разрушению регулирования механизма и выходу из строя дросселя (СТЭ сняты с производства, но еще имеется в достаточном количестве в эксплуатации).