15.Укажите особенности процесса контактного зажигания дугового разряда и связанные с этим процессом специальные требования к ип?

Контактное зажигание используется при сварке плавящимся электродом. j=I/S – чем меньше площадь S, тем больше плотность тока. На поверхности образуется нагретая до t пл. зона. Степень ионизации при такой температуре очень маленькая. Хотя температура паров > 30000C для железа, при отрыве электрода уровень ионизации на несколько порядков ниже, чем требуется для дугового разряда. Поэтому развитие дугового разряда происходит с помощью двух механизмов:

1. автоэлектронной эмиссии;

2. ударной ионизации.

Требование к оборудованию:

1. стадия термической ионизации определяется током КЗ, соответственно желательно иметь его больше;

2. определяется напряжением Х.Х. ИП, чем оно больше, тем быстрее развивается дуговой разряд.

Максимум напряжения Х.Х. ограничен требованием электробезопасности. Для улучшения зажигания целесообразно также, чтобы в межэлектродный промежуток попадали вещества с низким потенциалом ионизации. (1-я колонка таблицы Менделеева, соединения щелочных, щелочно-земельных элементов).

16.Укажите особенности процесса безконтактного зажигания дугового разряда и связанные с этим процессом специальные требования к оборудованию

Для бесконтактного зажигания используют первоначальный искровой пробой разрядного промежутка при напряжении несколько тысяч вольт. Далее по электропроводному каналу происходит лавинообразное нарастание тока, за счет того же механизма ударной ионизации уже от напряжения ИП. Для человека уровень безопасных частот: начиная от 100кГ и выше. Осциллятор - от лат. «совершать колебания». Он дает на выходе колебания затухающего типа. Каждый полупериод конденсатор C заряжается до момента пробоя в разряднике осциллятора. При разряде конденсатора через разрядник и выходной трансформатор возникает колебательный процесс в последовательном C – L контуре. При этом через высокочастотный трансформатор Т2 высокочастотные, высоковольтные импульсы поступают на разрядный промежуток. Фильтр необходим для погашения помех. Представляет собой:

По причине радиопомех непрерывная работа осциллятора недопустима. Правилами устройства электроустановок оговорено: осцилляторы должны иметь блокировку на открывание корпуса (т.е. « защита от дурака»).Включение осцилляторов может быть:

1. параллельное;

2.последовательное.

Осциллятор надо включать обязательно с защитой. В специализированных установках осцилляторы встроенные.

17 Укажите условие устойчивости системы дуга-ип при отклонениях параметров режима процесса и допустимые виды внешней статической характеристики ип на падающем, жестком и возрастающем участке вах дуги.

Система «источник—дуга» принципиально устойчива, если в резуль­тате отработки малых возмущений она приходит в установившееся со­стояние, характеризующееся равенством подаваемой и потребляемой энергии и малыми отклонениями тока и напряжения от исходного со­стояния.

Коэффициент устойчивости

Для того, чтобы система была устойчивой при отклонениях, с ростом времени ток должен убывать (t→D i→0) это можно обеспечить, когда показатель exp «-», т.к. по определению индуктивность может быть только «+», то К_у должен быть больше 0 (L>0 → К_у>0).

При использовании дуги на падающем участке ее характеристики в точке В, где дифференци­альное сопротивление дуги отрицательно ( < 0), характеристика источника должна быть не только >0 но еще и более крутопадающей для получения положительного значения коэффициента устойчивости k_y. Практически пригодны здесь ИП с крутопадающей и штыковой ВСХ.

На участке жесткой ВАХ система устойчива с любой падающей ВСХ. На возрастающем участке ВАХ Ky>0, поэтому устойчива любая ВСХ.

18 Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики трансформатора с подвижными обмотками при увеличении расстояния между обмотками и укажите физическое обоснование этого изменения.

Плавное регулирование режима осуществляется перемещением подвижных обмоток , ступенчатое увеличение тока осуществляется переключением катушек первичных и вторичных обмоток с последовательного на параллельное соединение. При изменении расстояния между обмотками изменяются магнитные потоки рассеяния. При увеличении расстояния магнитные потоки рассеяния возрастают, индуктивное сопротивление вторичной обмотки возрастает, а сварочный ток уменьшается.

19. Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики трансформатора с подвижным шунтом при увеличении расстояния между шунтом и магнитопроводом и укажите физическое обоснование этого изменения.

Принцип действия такого трансформатора рассмотрим по рис. 3.26. Он имеет неподвижные первичную 7 и вторичную 2 обмотки, стержне­вой магнитопровод 3 и подвижный магнитный шунт 4. Каждая обмот­ка имеет шо две катушки, размещенные на разных стержнях. Потоки рассеяний Ф\_р и Ф2_р замыкаются через магнитный шунт.

Падающая характеристика у трансформатора с магнитным шунтом получается благодаря увеличенному рассеянию, вызван­ному размещением первичной и вторичной обмоток на значитель­ном расстоянии друг от друга и наличием магнитного шунта.

Рис. 3.26. Конструктивная схема трансформатора с подвижным магнит­ным шунтом

Регулирование потока рассеяния магнитного поля в данном случае происходит за счет изменения длины и сечения элементов магнитного пути между стержнями магнитопровода. Т.к. магнитная проницаемость железа на 2 порядка больше, чем проницаемость воздуха, при движении магнитного шунта меняется магнитное сопротивление потока рассеяния, проходящего по воздуху. При полностью введенном шунте волна потока рассеяния и индуктивное сопротивление определяется воздушными зазорами между магнитопроводом и шунтом.

, - магнитная проницаемость, - определяет воздушные зазоры.

Магнитный шунт состоит из двух половинок, сближающихся и уда­ляющихся друг от друга при работе винтового привода 5. При увеличе­нии расстояния l_ш между половинками шунта снижается площадь S_Ш, по которой замыкаются потоки рассеяния. В результате уменьшаются потоки рассеяния и индуктивное сопротивление, что приводит к увели­чению тока.

Регулирование режима в трансформаторе с магнитным шунтом осуществляется: плавно — перемещением магнитного шунта, сту­пенчато — переключением обмоток и изменением степени разнесе­ния обмоток по стержням.

Трансформаторы с магнитным шунтом практически не уступают трансформаторам с подвижными обмотками ни по сварочным свой­ствам, ни по массогабаритным характеристикам, ни по технико-эконо­мическим показателям. Однако их широкое использование началось только в последнее время.

20. Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики трансформатора с неподвижным подмагничиваемым шунтом при увеличении подмагничивания шунта и укажите физическое обоснование этого изменения.

Падающая характеристика у трансформатора с подмагничива­емым шунтом получается благодаря увеличенному рассеянию, вы­званному размещением первичной и вторичной обмоток (или части последней) на значительном расстоянии друг от друга и наличием магнитного шунта.

Основной способ регулирования режима заключается в изменении индуктивного сопротивления трансформатора при изменении магнит­ного сопротивления шунта. Например, увеличение тока управления I_у приведет к насыщению железа шунта и увеличению его магнитного со­противления R_тш,, вызовет уменьшение индуктивного сопротивления Х_Т трансформатора и увеличение сварочного тока.

Рис. Конструктивная (а) и упрощенная принципиальная (б) схемы трансформатора с подмагничивающим шунтом

Ступенчатое регулирование обеспечивается переключением отдель­ных частей вторичной обмотки. Возможны два варианта соединения катушек: в первом варианте используются части 2а и 2б, когда нагруз­ка подключается к выводам X1 и Х2, во втором — используются части 2 б и 2в, для чего нагрузку подключают к выводам Х2 и ХЗ. Соотноше­ние (3.69), используемое при анализе способов регулирования, в этом случае для двух вариантов имеет вид соответственно

Заменяемые части вторичных обмоток 2а и2в одинаковы по числу витков W2_а и W2в и напряжение холостого хода трансформатора при переключении почти не меняется. Зато существен­но меняется индуктивное сопротивление трансформатора. Таким образом, трансформаторы с подмагничиваемым шунтом входят так­же в состав установок для аргоно-дуговой сварки вольфрамовым элек­тродом. В этом случае для ступенчатого регулирования переключают обмотки на последовательное и параллельное соединение, предусмотре­но также плавное снижение тока в конце сварки для заварки кратера.

Регулирование режима в трансформаторе с подмагничиваемым шунтом выполняется: плавно -- изменением тока в обмотке уп­равления шунта, ступенчато — изменением соединения частей раз­несенных обмоток и переключением на последовательное и парал­лельное соединение.

Главное достоинство трансформатора с подмагничиваемым шунтом в сравнении с описанным ранее трансформатором с механическим регу­лированием шунта — отсутствие подвижных частей и, следовательно, более высокая надежность. Он обладает и всеми другими достоинствами электрического регулирования — малая инерционность, простота про­граммного и дистанционного управления, стабилизация режима и т.д.

21. Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики трансформатора при переключении двух секций и первичной, и вторичной обмотки с последовательного включения на параллельное (без изменения числа витков каждой из обмоток) и укажите физическое обоснование этого изменения.

Рассмотрим случай, когда секции имеют равную индуктивность.

При последовательном соединении часть витков первичной обмотки отключается, напряжение холостого хода повышается, а сварочный ток уменьшается.

В варианте II две катушки первичной обмотки соединяются последовательно, две катушки вторичной обмот­ки соединены также последовательно. При этом индуктивные сопротив­ления двух половин трансформатора складываются, поэтому сопро­тивление трансформатора Х_Т2 = 2Х₁+ 2Х₂. В варианте I катуш­ки первичной обмотки соединены параллельно, также параллельно со­единены и катушки вторичной обмотки. При параллельном соединении складываются уже не сопротивления, а проводимости двух половин.

Поэтому индуктивное сопротивление трансформатора

Х_т3=(Х₁+Х₂)/2

вчетверо ниже, чем в первом варианте, а ток — соответственно выше. При таком регулировании напряжение холостого хода не меняется.

22. Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики трансформатора с тиристорным регулированием для сварки под флюсом при увеличении фазового угла и укажите на чем оно основано.

С увеличением угла управления  интервал проводимости тиристо­ра λ, сократится, и вместе с ним уменьшится напряжение на выходе ти­ристорного трансформатора U_И и сварочный ток I₂:

Фазовое регулирование режима в тиристорном трансформаторе заключается в изменении угла включения тиристоров, в результа­те чего изменяется часть напряжения трансформатора, подаваемая на нагрузку.

Трансформаторы ТДФЖ – 1002У3 и ТДФЖ- 2002 У3 предназначены для механизированной сварки под флюсом.

400 800 1200 1600 /₂,А

Упрощенная принципиальная схема (а), конструкция (б) и внеш­ние характеристики (в) трансформатора ТДФЖ-1002 УЗ

Регулирование сварочного напряжения и формирование искусственной жесткой характеристики.

Увеличивая с помощью реостата R напряжение задания, уменьшают угол управления тиристоров и тем самым увеличивают сварочное на­пряжение.

Благодаря действию обратной связи при снижении сварочного напря­жения разность (Uзн - Uд) возрастает, и, следовательно, угол управления уменьшается, а сварочное напряжение увеличивается, точнее, восстанав­ливается. Благодаря этому и получаются жесткие (или пологопадающие) искусственные характеристики с оптимальным р_и от -0,005 до -0,01 В/А из падающих естественных (рис. 3.37,0).

Для повышения устойчивости горения дуги введена цепь импульс­ной стабилизации, состоящая из дополнительных обмоток трансформа­тора VII, VIII и конденсатора С. В момент включения тиристора VI или VI зарядный ток конденсатора С проходит по обмоткам VII и VIII и на­водит во вторичных обмотках III и IV трансформатора импульс напря­жения, достаточный для уверенного повторного зажигания дуги.

23.Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики выпрямителя при увеличении расстояния между первичной и вторичной обмотками его трансформатора и укажите физическое обоснование этого изменения.

Для типичной схемы трансформатора основные потери магнитного поля на пути от первичной к вторичной обмотке происходят между стержнями магнитопровода.

Управление рассеянием магнитного поля производится изменением или геометрии воздушного промежутка между первичной и вторичной обмотками (подвижные обмотки, подвижный шунт). При изменении расстояния между обмотками изменяются магнитные потоки рассеяния. При увеличении расстояния магнитные потоки рассеяния возрастают, индуктивное сопротивление вторичной обмотки возрастает, а сварочный ток уменьшается.

При рассмотрении упрощенной схемы трансформатора с разнесенными обмотками можно получить зависимость индукционного сопротивления от основных параметров трансформатора

Сопротивление на пути магнитного потока рассеяния -

24. Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики выпрямителя при увеличении расстояния между магнитным шунтом и магнитопроводом его трансформатора и укажите физическое обоснование этого изменения.

Трансформаторы с подвижным шунтом

- перем. - перем.

Регулирование потока рассеяния магнитного поля в данном случае происходит за счет изменения длины и сечения элементов магнитного пути между стержнями магнитопровода. Т.к. магнитная проницаемость железа на 2 порядка больше, чем проницаемость воздуха, при движении магнитного шунта меняется магнитное сопротивление потока рассеяния, проходящего по воздуху. При полностью введенном шунте волна потока рассеяния и индуктивное сопротивление определяется воздушными зазорами между магнитопроводом и шунтом.

При выдвижении шунта ток постоянно увеличивается, так как уменьшается индуктивное сопротивление источника питания.

В настоящее время трансформаторы по такой схеме выпускаются только для бытовых целей, но такая схема широко используется в маломощных выпрямителях регулируемых трансформаторов.

25. Изобразите два графика показывающих качественное изменение положения внешней статической характеристики выпрямителя с тиристорным регулированием для сварки среде СО₂ при уменьшении фазового угла и укажите на чем оно основано.

На полупроводниках падает напряжении (1…2В), соответственно потери в перв цепи намного меньше чем во вторич цепи

Кроме того серийно выпускается тиристоры с номинальным током до 800А, поэтому для мощных источников питания во вторичную цепь придется ставить несколько.

26. Изобразите два графика показывающих качественное изменение положения внешней статической характеристики коллекторного генератора с падающей внешней статической характеристикой при увеличении сопротивления реостата в цепи намагничивающей обмотки и укажите физическое обоснование этого именения.

Плавное регулирование в пределах ступени производится изменением тока обмотки независимого возбуждения с помощью резистора К1. Увеличение тока обмотки приводит к росту сварочного тока, при этом увеличивается напряжение холостого хода,

27. Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики коллекторного генератора с падающей внешней статической характеристикой при увеличении числа витков размагничивающей обмотки и укажите физическое обоснование этого изменения.

28. Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики вентильного генератора с падающей внешней статической характеристикой при отключении одной секции трехфазной обмотки статора и укажите физическое обоснование этого изменения.

бину обратной связи, т.е. регулируют ток. Грубое регулирование выпол­няется переключателем 5, при его размыкании можно вместо двух па­раллельно работающих в каждой фазе силовых обмоток оставить под ' 1агрузкой только одну. При этом вдвое увеличится индуктивное сопро­тивление генератора и уменьшится ток. На рис. 5.20 линиями 7,2 пока­заны характеристики при использовании только одной обмотки в фазе, а линиями 3,4 — при параллельном соединении обмоток.

29. Покажите на графиках 1 и 2 качественное изменение положения внешней статической характеристики сварочного поста с многопостовым источникам питания и балластным реостатом при увеличении сопротивления балластного реостата и укажите, чем определяется КПД такого поста.

Уравнение внешней характеристики на отдельном посту

На рис. видно, что с ростом сварочного тока 1_д увеличиваются потери напряжения на балластном реостате и снижается напряже­ние поста U_п:

При малом сопротивлении реостата получают пологопадающие ха­рактеристики, необходимые для сварки в углекислом газе, при большом сопротивлении — крутопадающие характеристики, используемые при ручной сварке.

При жесткой характеристике общего источника внешняя ха­рактеристика поста получается падающей благодаря наличию бал­ластного реостата.

Из уравнения, учитывая, что напряжение после балластного реостата подается на дугу (Uп = Uд) получаем уравнение для анализа способов регулирования режима:

Основной способ регулирования тока при ручной сварке — измене­нием сопротивления балластного реостата.

При механизированной сварке в углекислом газе балластным рео­статом регулируют напряжение дуги, иногда для этой же цели меняют и напряжение основного источника Uв. При сварке в углекислом газе могут также использоваться дроссели для регулирования скорости нара­стания тока короткого замыкания с целью снижения разбрызгивания.

Многопостовые выпрямительные системы обладают следующими достоинствами. Стоимость их меньше суммарной стоимости заменяе­мых ими однопостовых выпрямителей, они занимают меньше места, упрощается их обслуживание. Но КПД многопостовой системы с уче­том потерь в балластных реостатах низок — 0,4 — 0,75. Кроме этого главного недостатка следует отметить также повышенный расход сва­рочных проводов (при отсутствии общего шинопровода) и опасность массового простоя при выходе из строя общего источника.