4 Статическая устойчивость энергетической системы дуга-источник питания

Энергетическая система находится в равновесии при условии равенства подводимой и потребляемой энергии.

Для сварочной цепи условием равновесия является выполнение равенств

U_ИП = U_Д = U_Р (4.1)

I_ИП = I_Д= I_Р

Условие равновесия может выполнятся в двух точках пересечения ВАХ дуги и источника питания а и b (рис.4.1).

Рисунок 4.1 – ВАХ дуги и источника питания

В этих точках для обеспечения горения дуги необходимо то напряжение, которое при данной силе тока дает источник питания.

Энергетическая система не может иметь двух точек устойчивого равновесия, следовательно одна из точек пересечения характеристик является точкой неустойчивого равновесия.

Состояние сварочной дуги будет устойчивым, если при случайном отклонении от установившегося состояния равновесие будет восстанавливаться.

Можно показать, что энергетическая система дуга – источник питания будет устойчива если выполняется условие

, (4.2)

где К_У коэффициент устойчивости энергетической системы

То есть внешняя характеристика источника питания должна быть более круто падающей (или менее возрастающей) чем ВАХ дуги в точке равновесия энергетической системы.

На рис. 4.1 это условие выполняется только в точке а. Режим горения дуги соответствующий точке b является неустойчивым и при этом ток дуги будет либо возрастать до перехода в точку а, либо уменьшаться до обрыва дуги.

При сварке неплавящимся электродом и при РДС R_ДИФ.Д 0 и условие устойчивости обеспечивается при падающей внешней характеристике источника питания.

При механизированной сварке R_ДИФ.Д 0 и устойчивость может быть обеспечена при падающей, пологопадающей, жесткой и даже возрастающей характеристике источника питания (но при условии < ) .

5 Требования к форме внешней характеристике источника питания при ручной дуговой сварке штучными электродами и неплавящимся электродом

При ручной дуговой сварке в соответствии с условием устойчивости энергетической системы, можно выбирать источник питания как с падающей (при R_ДИФ.Д < 0) так и с пологопадающей характеристикой. Однако следует учитывать, что при ручной дуговой сварке всегда возможны значительные колебания длины дуги. Источник питания при этом должен обеспечивать достаточную эластичность дуги. То есть должны обеспечиваться небольшие отклонения тока (не более чем 10-15%) при изменениях длины дуги в допустимых пределах.

Из рис. 5.1 видно, что при падающей внешней характеристике (1) изменение тока значительно меньше чем при пологопадающей (2) (I_СВ1< I_СВ2 при одном и том же изменении длины дуги)

Кроме того, при значительном увеличении длины дуги требуемое для ее горения напряжение может, при пологопадающей характеристике, оказаться большим напряжения холостого хода источника питания, что приведет к обрыву дуги.

Количественно оценить изменения сварочного тока при колебаниях длины дуги можно следующим образом.

(5.1)

Отсюда видно, что изменение тока тем меньше, чем больше коэффициент устойчивости К_У, то есть чем более крутопадающей является внешняя характеристика источника питания (при больших, по абсолютной величине, значениях R_ДИФ.ИП).

Рисунок 5.1 – Изменение тока при колебаниях длины дуги

Пример.

Определим изменение силы сварочного тока при увеличении длины дуги l_Д = 1 мм, при падающей (R_ДИФ.ИП = - 0,3 В/А) и пологопадающей (R_ДИФ.ИП= - 0,04 В/А) внешней характеристике источника питания. Сварка выполняется электродом диаметром 4 мм при I_СВ = 170 А, U_Д = 27 В. При данном режиме R_ДИФ.Д = - 0,02 В/А, К_Д = 2 В/мм.

При R_ДИФ.ИП = - 0,3 В/А получаем

При R_ДИФ.ИП = -0,04 В/А

При ручной дуговой сварке следует выбирать источник питания с падающей (крутопадающей) внешней характеристикой.

Величина сварочного тока при РДС регулируется изменением внешней характеристики источника питания (рис. 5.2).

Требуемое напряжение на дуге поддерживает сварщик, выдерживая определенную длину дуги. (При РДС покрытыми электродами U_Д и I_СВ, связаны следующей примерной зависимостью.

U_Д = 20 + 0,04 I_СВ. ( 5.2 )

Рисунок 5.2 – Регулирование режима сварки при РДС