1.3 Статическая вольт-амперная характеристика дуги. Внешняя характеристика источника питания
Статическая характеристика дуги – это зависимость напряжения дуги от токаUд = f(Icв)при постоянной её длине (lд = сonst).
Для курса «Источники питания для сварки» важным является знание статистической характеристики дуги, поскольку (как будет показано ниже) от характеристики дуги зависит её устойчивость.
Многочисленными исследованиями было установлено, что, хотя и есть отличия для различных дуг (несущественных), общим для всех дуг является то, что зависимость для дуги Uд = f(Icв), – т.е. статическая характеристика дуги, – является нелинейной (рис. 1.4). Это отличает дугу от других потребителей энергии, например, резистора, который обладает линейной характеристикой (зависимость U = f(I)в соответствии с законом Ома линейна). Это связано с другим механизмом электропроводности в дуге, чем в металлах.
Лесков Г. И., например (см. рис. 1.4),
показал, что характеристика Uд
= f(Icв) зависит от диаметра
электрода. Однако, если перестроить
этот график так, чтобы по оси абсцисс
отложить значение плотности тока в
электроде:
,
(где d – диаметр электрода), тогда зависимостьUд = f(j) для всех значений диаметра электрода одна и та же. По данным других исследователей для других дуг (сварка в СО2, Ar и т.д.) имеет место аналогичная зависимость Uд = f(j) (см. рис. 1.5).
Рисунок 1.4 – Зависимость Uд = f(Icв)
Рисунок 1.5 – Зависимость Uд = f(j)
Вольтамперная статическая характеристика для всех дуг является U-образной. Такая форма характеристики дуги обусловлена, в основном, явлениями в столбе дуги и связана с размерами диаметра дуги (столба её), температуры и проводимости.
На участке I – падающая статическая характеристика дуги – по мере роста тока (точнее j) Темп роста числа носителей электричества в дуге опережает темп роста тока (интенсивнее возрастает). На участке II с ростом Icв(j) пропорционально росту Iувеличивается проводимость дуги. На участке III – возрастающая статическая характеристика дуги – дуга ведёт себя как обычный резистивный элемент. Это связано с тем, что на участке III число носителей электричества не возрастает, т.е. образовались все возможные носители электричества и для увеличения тока (I) необходимо увеличивать энергию электрического поля между электродами, т.е. увеличивать напряжение дуги.
Статическую вольтамперную характеристику дуги снимают при установившемся горении дуги (длительном горении при заданных параметрах режима) при постоянной её длине. Строят характеристику по точкам, фиксируя значения Icв, Uд (изменяя Icв за счет регулировки источника питания). Вольтамперная характеристика дуги характеризует энергетические потребности дуги. На единицу тока в области I – уменьшается, в II – const, в III – растут.
Внешняя характеристика источника питания дуги (тоже вольтамперная) снимается при изменении активного или индуктивного сопротивления нагрузки, включаемой вместо дуги. При этом измеряют напряжение на клеммах источника питания и ток в сварочной цепи. Внешние характеристики источников питания дуги могут быть возрастающими, жесткими, пологопадающими, крутопадающими и вертикальными. Внешние характеристики источников питания дуги отражают энергетические возможности источников. При жесткой внешней характеристике эти возможности ограничиваются только расчётными параметрами сварочной цепи. При падающей внешней характеристике эти возможности источника с ростом I сначала возрастают, а при дальнейшем росте I снижаются.
Рисунок 1.6 – Внешние характеристики источников питания сварочной дуги
Контрольные вопросы
1.Когда и кем был открыт способ сварки неплавящимся и плавящимся электродом?
2. Поясните схему опыта, по которому установили, что сварочная дуга имеет три области
3. Изобразите график (с пояснениями) распределения потенциала в сварочной дуге.
4. Какие возмущения могут действовать на сварочную дугу?
5. По каким признакам классифицируют сварочные источники питания?
6. Изобразите (с пояснениями) все внешние характеристики, которые могут иметь источники питания сварочной дуги.