книги из ГПНТБ / Фридман, Л. Н. Источники питания сварочной дуги учеб. пособие
.pdf
|
|
|
18 |
|
|
кривые |
тока |
и |
напряжения |
будут |
соответство |
вать фиг. |
5 »6 . Мгновенные |
значения источника |
|||
напряжения |
( І ц |
, сварочного |
тока |
и напря |
|
жения |
на |
дуге |
(Zs совпадают по |
фазе , так |
|
как |
в сварочной цепи имеется только актив |
||
ное |
сопротивленив к дуга, |
которая |
также явля |
ется |
активной нагрузкой. |
В каждый |
подупери- |
од дуга угасает и вновь |
зажигается |
через не |
||||||||
который |
промежуток |
времени, |
пока |
напряжение |
||||||
источника |
питания не |
подним— ется |
до |
некоторой |
||||||
величины, |
называемой |
напряжением |
зажи г а н и я ^ . |
|||||||
|
В |
каждый |
полупериод |
имеется |
перерыв в |
|||||
прохождении тока при затухании дуги, называе |
||||||||||
мый временем погасания дуги |
и равный ty + t 3 . |
|||||||||
Как |
видно |
из фиг.5,б, погасание |
дуги |
проис |
||||||
ходит |
|
при |
несколько |
меньшем мгновенном |
значе |
|||||
нии |
напряжения |
источника, |
чем в |
момеят за |
||||||
жигания, для которого -требуются более высокие
значения для ионизации остывшего промежутка.
В |
момент времени ~ty |
(фиг.5»б) |
имеем: |
||
|
ии= и3- U гпSinООty, . |
(20) |
|||
где |
U-u~ |
мгновенное |
значение напряжения |
||
источника |
питания в |
момент |
зажигания. |
||
|
П т - амплитудное значение напряжения |
||||
источника. |
|
/г |
|
(2 1 ) |
|
|
|
S i n C ü C y - j j 3 |
|
||
или |
|
|
— Л77 |
|
|
|
- Q Z C 6 С П (Ü L . |
(2 2 ) |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
U m |
|
|
|
19 |
|
|
|
Если принять, что |
|
то |
время погасания |
||
|
тогда: £ |
2 1: |
і/з |
|
. Us |
и |
= І * Ц £ і ! 2 |
М а г = а ZC Sen 'От .. |
|||
|
|
* |
f7 f |
U'3) |
|
|
Из уравнения (23/ можно сделать вывод, |
||||
что время угасания можно уменьшить за счет: |
|||||
|
а) |
увеличения амплитудного значения |
|||
напряжения |
источника |
питания; |
|
|
|
|
б) |
снижения |
величины |
напряжения |
|
зажигания;
. в) увеличения частоты переменного
.тока о
Однако нк одна из этих ь*ер не поз воляет полностью-устранить так называемые нулевые площадки тока. Общепринятой мерой
повышения стабильности дуги переменного тока является включение последовательно с дугой индуктивного сопротивления. Рассмотрим этот
случай, 2. Дуга включена в цепь переменного тока
последовательно с индуктивным сопротивлением. Кривые тока и напряжения для этого случая приведены ка фиг.б.
Между током дуги и напряжением источника питания существует сдвиг фаз У - Поэтому
вмомент перехода тока черлз О напряхсенв£
источника |
будет определяться следующим |
уравнением:
Uu^Um$in(o)t+If). (24)
20
Кривые тока Ур ,
налря--женил дуги Us# и напряджения
источника питания
ІА*,з цепи с ин~ дуіетивным сопро
тивлением.
откуда |
приo)t |
кратком 7 1 , т. е. в моменты |
||||
птрэг.ода тока |
через 0 |
d u -U m S^n 'f |
ѣ |
|||
|
Основное условие непрерывного |
горения |
||||
|
|
U m SCn ¥ |
|
(25) |
||
|
Посмотрим, при |
каких условиях |
оно |
|||
удовлетворяется. При наличии в цепи только |
||||||
индуктивного |
сопротивления справедливо |
|
||||
следующее |
уравнение: |
*•, |
(26) |
|||
Um |
|
^ ^ ) ~ L g T - U - д , |
||||
иг которого |
следует,что |
|
|
|||
d |
J - |
LJ |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
||
, , |
Ин^теіроир.уя это |
выражение при условии, |
||||
-‘ГО іі J - СО'і-I- получи? ’
c o s ( o > t* W + Ш - 0 І } С_Ш
Г'остслкная V находится кз начальных
|
|
|
|
|
|
21 |
|
условии; |
|
|
|
|
|
||
при |
£ |
- |
О; |
У |
-О |
; |
|
|
|
|
/Г= |
’JÜ if |
c o s y . |
(2 ° ^ |
|
|
Подставляя |
значения |
С в уравнение (28) |
||||
получим |
; |
|
|
|
|
|
|
J |
- |
Ц т Гсоа Ч -с о з (с ііu f / 1- Щ & £ . ( з о ) |
|||||
|
|
O J Ь |
L- |
|
|
|
(J O L |
Поскольку в соответствии
вием J - 0 при CÖL — У і 9
(ЗО) мокяо найти косинус угла
C ö S < p ~ 2 f Ш .
с- Um
А так как
М П У -'IT ^ C O S ^ P ,
с принятым усло
то из формулы сдвига фаз
ч 31)
(32)
I
то решая совместно уравнение (25)»(31),(32)*
находим условие устойчивого горения дуги пере
менного тока
У ІгУ і |
+ Ü3 ^ |
и |
|
|
( 33) |
|
||
Li |
их |
~~ |
' |
|
|
|
|
|
|
|
и?п |
|
|
как |
U 3 -/??<££» |
||
Выражаем ( J3 через |
(У# |
|||||||
находим |
U m |
•> У Т Р 1 |
, п У г |
' |
|
( 34) |
, |
|
|
и а ' Ч ц |
|
|
|
|
|||
Таким образом,дополнительное условие ус |
||||||||
тойчивости дуги переменного тока может быть |
||||||||
сформулировано |
так; 'дуга |
горит непрерывноs |
||||||
если амплитудное |
значение |
з.д.с. источника |
||||||
питания превышает |
напряжение |
дуги |
миішму?л |
г |
||||
6/ f W |
" |
|
|
раз . |
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
В |
наиболее |
благоприятном |
случав, |
когда |
||
С{*--(/о |
и ^ 7 7 ,- |
I, это отношение |
равно |
1,86, |
||
Если напряжение |
зажигания |
U ^ > t U |
и ^ ? > X , |
|||
требуемая амплитуда U m |
еще |
выше. |
|
|||
§4. Эластичность дуги и требования к |
||||||
|
висиним |
характеристикам источников |
||||
|
|
питания |
|
|
|
|
Под пластичностью дуги понимают способ
ность дуги удлиняться а некоторых пределах,
режим огарки при зтом не должен резко менять
ся.
Чем меньше минимальный ток, при котором дуговой разряд становится уже неустойчивым,
кчем больше максимальная длина, до которой
можно ее |
растянуть без |
опасности |
обрыва, |
тэм дуга |
пластичней, |
|
|
Эластичность являетоя |
важным |
технологи |
|
ческим свойством дуги. Рассмотрим,как влияют
на |
пластичность свойства |
источников |
питания. |
|||||
д л я |
з-гсго проанализируем, от |
чего |
зависит |
|||||
величина отклонения |
тока д |
при изменении |
||||||
длины |
дуги |
на величину |
д t i . |
|
|
|||
|
На |
фиг .7 |
изображены |
две |
статичеокке |
|||
характеристики дуги |
для |
двух |
значений |
дли |
||||
ны |
дуги |
|
(кривая |
I) и |
|
(кривая |
2) |
и |
23
Статические ха рактеристики ду ги (I и 2) и внешняя характе ристика источни
ка шітания (3).
внешняя характеристика источника питания
(кривая 3)* При меньшей длине дуги режим
сварки определяется точкой Aj,a при удлине
нии дуги до |
на величину а і д |
- £дг - £ & |
» |
||
новый |
режим определяется точкой |
. При |
|||
этом напряжение дуги изменится на д С / j, |
а |
||||
ток |
на A J B |
« |
|
|
при |
|
Применив уже знакомый нам |
(см.§2) |
|||
ем линеаризации, определим суммарное откло
нение |
напряжения, дуги & Ш от изменения |
тока |
и длины дгги, согласно фиг.7 s |
где
- изменение напряжения от
изменения длины дуги & £д при |
- c o a s t ; |
24
ü L L: a tj-däl kJ s изменение напряжения от изменения
тока дуги A J J |
при |
£ff |
- c o n s t |
|
|
Учитывая, |
что |
E fjf ~Ес |
” градиенту на |
||
пряжения в столбе |
дуги, |
выражение (3 5 ) можно |
|||
преобразовать |
к виду |
; |
• |
(36) |
|
л Щ = а 6з Е с |
|
|
|||
Изменение |
напряжения |
дуги я Ш в уста |
|||
новившемся режиме равно изменения) напряжения
источника |
питания д С І и |
, т.е. |
|
|
|||||
|
. L U u = ü U |
i = b l t f f i > |
|
|
(ЭТ) |
||||
|
Из уравнений |
(3б)»н(37) |
можно |
после I |
|||||
некоторых преобразований |
записать |
|
|||||||
|
А |
І |
* ( |
^ |
- dШJ ! |
= |
- а № с |
(38) |
|
или |
|
|
7 |
|
Л Ед |
Г |
|
|
(ЗУ) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
A J * |
- ~ |
l b mb c |
) |
|
|||
где |
/ Ш - д Ш |
|
коэффициент устойчивос- |
||||||
y ~ ö j |
. |
â J . |
|||||||
ти системы |
(см.$2 ;> |
|
|
|
|
|
|||
|
Из анализа уравнения (39) можно сделать |
||||||||
следующие |
выводы: |
|
|
|
|
|
|||
|
I. Т.к. из условия устойчивости системы |
||||||||
коэффициент |
|
|
всегда Положителен, |
то от |
|||||
клонения тока А У9 и |
длины |
дуги |
й Е з |
всегда |
|||||
имеют |
противоположные знаки, |
т.е. ток дуги |
|||||||
уменьшается |
при увеличении длины дуги. |
|
|||||||
|
|
25 |
|
2с |
Абсолютная |
величина отклонения то |
|
ка дуги J& уменьшается о |
возрастанием коэф |
||
фициента |
, при |
этом |
увеличивается мак |
симально |
возможная длина |
дуги и повышает |
|
ся ее |
эластичность. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5. |
Максимальную |
эластичность |
дуги |
обес |
||||||||
печивают источники питания о крутопадагощнмк и |
||||||||||||
даже |
вертикальными |
внешними |
характеристиками. |
|||||||||
|
Таким |
образом |
требования |
к |
источникам |
|||||||
питания |
для |
обеспечения |
эластичности |
дуги |
|
|||||||
совпадают |
с |
требованиями, предъявляемыми |
усло |
|||||||||
виями |
устойчивости |
системы. |
|
|
|
|
|
|||||
Эти |
требования необходимы, |
но |
не |
достаточ |
||||||||
ны для устойчивого горения дуги |
в реальныхх ус |
|||||||||||
ловиях |
сварки,» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
На |
выбор типа внешней |
характеристики |
ис |
|||||||||
точника |
питания большое влияние оказывают свой |
|||||||||||
ства устройства, |
осуществляющего подачу |
|
элек |
|||||||||
трода |
в |
зону |
горения |
(§6 ) |
и |
технологические |
||||||
особенности |
сварки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Например, |
при автоматической |
^сварке |
с |
||||||||
постоянной скоростью подачи |
электродной |
|
|
|||||||||
проволоки |
режим |
аваріей поддерживается |
посто |
|||||||||
янным |
за |
счет |
саморегулирования, |
а |
интенсив |
|||||||
ность саморегулирования с увеличением угла |
|
|||||||||||
наклона |
внешней |
характеристики |
источника |
|
|
|||||||
питания |
падает, |
3 этом |
случае |
желательно |
|
|||||||
26
иметь пологопадающую внешнюю характеристику. Это же относится к установкам с автомати ческим регулированием по току и к случаю сварки плавящимся электродом в защитных газах с корот
кими замыканиями.
§ 5. Требования к динамическим свой ствам источников питания
Процесс сварки плавящимся электродом харак теризуется динамической нагрузкой источника пи тания, которая зависит от характера переноса металла. Последний,в свою очередь, зависит от способа сварки ,выбранного режима, характерис тик источника питания, сварочной аппаратуры и д о .
Характер переноса металла в дуге определя ется действием таких сил,как сила тяжести, си ла поверхностного натяжения, электродинамичес* кие силы, давление газов, образующихся в дуге '
и др. Механизм переноса металла сложен, пред ставляет большой теоретический и практический интерес и в настоящей книге не рассматривается.
Условно разделим вое виды переноса металла
всоответствии, с требованиями, предъявленными
кисточникам питания на две группы: не сопро
вождающиеся короткими замыканиями дугового про-
27
мѳжутка и с короткими замыканиями лугового про межутка «
Первый вид переноса имеет место при боль« тих плотностях тока в электроде ,когда наблюда ется равномерный мелкокапельный (струйный) пе ренос металла без заметных колебаний длины ду гового промежутка. В этом случае к динамичес ким свойствам источников питания особых тре бований не предъявляется.
Наибольший интерес с точки зрения выбора параметров источников питания представляет пере
нос металла в дуге, сопровождающийся периоди-
V
ческими короткими замыканиями. Особое значение этот вопрос приобретает применительно к ручной дуговой сварке и сварке в углекислом газе.
На фигуре 8 приведены типичные осциллограм мы тока и напряжения дуги, горящей в углекис лом газе. Процесс сварки сопровождается сравни тельно большим количеством коротких замыканий.
Как видно из осциллограмм и подтверждается дан ними скоростной киносъемки в дуге происходит периодически повторяющийся цикл явлений„
Первой фазой этого цикла является зажига ние дуги и переход к решну устойчивого ее го рения. Затем во время горения дуги на конце электрода образуется капля расплавленного мѳ-