7.1 Дуга переменного тока в цепи с активным сопротивлением

Дуга переменного тока чаще всего питается от источника синусоидального напряжения (сварочного трансформатора)

U_ИП = U₂₀ sint, (7.1)

где U₂₀ – амплитуда;  – частота изменения напряжения.

Если сварочная цепь (рис7.1) имеет только активные сопротивления (R0, X_L=0), то дуга горит с перерывами.

Рисунок 7.1 – Схема питания дуги переменного тока

Между напряжением источника питания и током дуги сдвиг фаз отсутствует. В каждый полупериод дуга зажигается в тот момент, когда напряжение источника питания достигает значения достаточного для зажигания дуги (рис.7.2 ) После снижения синусоидального напряжения ниже уровня, минимально необходимого для поддержания горения дуги, дуга гаснет. Время перерыва в горении дуги равно сумме времени зажигания t₃ и времени угасания t_УГ (t_П=t₃ +t_УГ).

Рисунок 7.2 – Кривые изменения напряжения холостого хода источника питания U_ИП, напряжения U_Д и тока I_Д

Условие зажигания дуги

U_ИП = U₃ = U₂₀ sinwt₃. (7.2)

Отсюда

t₃ = arcsin . (7.3)

Условие угасания

U_ИП  U_Д = U₂₀ sin( -wt_УГ) = U₂₀ sinwt_УГ, (7.4)

t_УГ= arcsin (7.5)

t_П = (arcsin + arcsin ) (7.6)

Из уравнения (7.6) следует, что уменьшить длительность перерывов горения дуги можно следующими способами:

1 путем увеличения напряжения холостого хода источника питания U₂₀. Однако повышение U₂₀ ограничено нормами безопасности (в трансформаторах для РДС U₂₀ 80, в трансформаторах для автоматической сварки U₂₀120 В);

2 увеличением частоты питающего напряжения  .При этом питание дуги следует осуществлять от специального генератора повышенной частоты;

3 уменьшением напряжения повторного зажигания дуги U₃ путем применения сварочных материалов с хорошими стабилизирующими свойствами;

4 уменьшать или полностью устранять перерывы в горении дуги можно используя источник питания с достаточной индуктивностью.

7.2 Дуга переменного тока в цепи с активным и индуктивным сопротивлением

Если источник питания имеет определенную индуктивность L, то между токами нагрузки и напряжением холостого хода источника питания возникает сдвиг фаз

= arctg , (7.7)

Напряжение источника питания опережает ток дуги на угол 

U_ИП = U₂₀ sin(t+), (7.8)

Дуга будет гореть непрерывно если в момент перехода тока через ноль (при t=0) напряжение источника питания будет достаточно для повторного возбуждения дуги U_ИП(0)U₃ (рис.7.3)

Рисунок 7.3 – Кривые изменения напряжения холостого хода источника питания U_ИП, напряжения U_Д и тока дуги I_Д.

U₂₀ sin U_{3 .} (7.9)

Отсюда получаем требования к величине угла сдвига фаз

sin (7.10)

Для устойчивого протекания процесса сварки на переменном токе необходимо также обеспечить выполнение условия динамического равновесия в энергетической системе (4.4) во время переходного процесса, возникающего при случайных отклонениях от состояния равновесия.

При питании дуги от источника синусоидального напряжения уравнение (4.4) запишется в виде

(7.11)

(7.12)

Интегрируя выражение (7.12), получим:

;

. (7.13)

Для определения постоянной интегрирования используем условие: при t = 0 I_CВ(0) = 0. Подставляя t = 0 в (7.13), получим

С учетом этого

. (7.14)

Воспользуемся также условием: при t =  I_CB () = 0. При этом из (7.14) получим соотношение:

(7.15)

Используя условия (7.10) и (7.15), а также соотношение sin² + cos² = 1.

можно получить требование к напряжению холостого хода источника питания для обеспечения устойчивого протекания процесса сварки на переменном токе.

(7.16)