книги из ГПНТБ / Фридман, Л. Н. Источники питания сварочной дуги учеб. пособие
.pdf58
Таким образом, устройство для мѳханиэиро» ванной сварки о постоянной (независимой) ско ростью подачи электродной проволоки поддержива ет с определенной точностью ток*дуги на задан ном уровне.
Это свойство дуги с плавящимся электродом поддерживать ток дуги автоматически без специаль
ного регулятора называется саморегулированием.
Режим сварки определяется точками пересечения
статической характеристики системы саморегулиро
вания н внешней характеристики источника пита ния (фиг. І і К ___________ _
^Статическиехарактеристики источника питания (кри вые 1*2,5.), дуги (кривые 5г6,7) и системы санооегу-
яирования дуги (кривая 4 ).
39
Рассмотрим далее , от чего зависит ско
рость восстановления параметров режима при слу
чайном отклонении длины дуги. Если в момент-
^ |
= |
О |
такая |
дуга вотречаѳт |
препятствие |
высо |
|||||||||
той |
& £ .т |
(фиг.12), |
то |
длина |
еѳ |
изменится |
на |
||||||||
величину л L , |
а |
напряжение |
|
и |
ток |
на |
величи |
||||||||
ну |
А LL |
и |
â j |
. В произвольный момент времени |
|||||||||||
Z; |
отклонения |
длины |
дуги, |
|
тока |
и |
напряжения |
||||||||
примут |
текущие |
значения |
А і , |
|
, (/ |
и |
LL |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Согласно урав- |
||||
|
|
|
ѴС8 |
|
\ |
I |
|
|
|
нениям |
(33) |
и |
(39) |
||
|
□ |
? |
- |
|
Ö |
|
|
|
|
U = F C A £ , |
|
(43) |
|||
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
(44). |
|
■V/j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
JL __________ |
|
<3 |
|
|
|
|
д |
Л |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Скорость |
плав |
|||||||
|
|
|
с>Cj |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
ca |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t•то |
|
|
|
I' |
|
ления |
электрода в |
||||||
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
произвольный |
момент |
|||||
|
|
Сиг.12. |
|
|
времени |
В |
будет |
||||||||
Li анализу |
|
|
|
|
отличаться от |
началь- |
|||||||||
системы |
саморегу |
|
ной |
на |
е ѳ личину дѴС |
||||||||||
|
|
лирования. • |
(43)> |
|
|||||||||||
которая с учетом |
(41) , |
(44) |
розна |
|
|
||||||||||
|
|
d â B |
р |
а Е |
|
|
|
|
|
|
|
*& *) (45) |
|||
или |
= а Т = _ / с т 7 ~ E c - L & £ - |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
+4 d t - |
|
|
|
(46) |
||||||
|
T r e f f t |
|
|
|
|||||||||||
|
Интегрируя уравнение |
(46), |
получим: |
|
(47) |
||||||||||
|
|
|
|
|
+ L u f t |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постоянную интегрирования С находим из на-
40
чальных условий? при ^ = 0, а Е - а £п ?! а
С= . Подставив значение С в уравнение
(47)подучим :
|
|
|
 E ^ A EM |
|
->І с н ) І] , |
(4 8 ) |
|||
|
|
Возникшее отклонение ,$ти устраняется ,ес |
|||||||
ли при zf-*-co^ |
• Из формулы |
(48) |
видео, |
||||||
что |
|
это условие выполняется только |
в том случае, |
||||||
если |
величина |
|
» |
т.х. величины |
£с , |
||||
k сТ |
|
и |
$ сн |
всегда |
положительны. |
|
|
|
|
|
|
Таким образом, саморегулирование дуги воз |
|||||||
можно |
|
только |
в том |
случае, если |
выполняется об |
||||
щее |
условие устойчивости |
системы |
источник пита |
||||||
ния |
- |
|
дуга: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для анализа быстроты восстановления равно |
||||||
весия в |
системе или |
интенсивности |
саморегулиро |
||||||
вания |
|
запишем уравнение |
(48) в виде: |
|
|||||
|
|
|
й і = й ( т е Ж |
р ( - £ - (4 9 ) |
|||||
где |
|
7= £ |
|
постоянная |
времени |
систѳ- |
|||
мы |
|
|
|||||||
саморе гуліфования дуги. |
|
|
|
||||||
|
|
|
Чем она меньше, тем быстрее.восстанавли |
||||||
ваются |
случайные отклонения длины дуги. |
|
|||||||
|
|
|
Из выражения |
(49) |
следует, |
что интенсив |
ность отработки возмущений за счет саморегулиро
вания возрастает |
с уменьшением положительной•ве |
||
личины |
J |
——M r ") |
* т.е. с уменьше- |
'<Г |
U ч/ / |
характеристики источ— |
|
кием угла (наклона |
внешней |
41
ника питания. Таким образом, при использовании
устройств, подающих электродную проволоку с пос
тоянной |
(независимой) |
скоростью |
подачи, источник |
||||||||||
питания |
должен |
иметь |
возможно |
более пологопада- |
|||||||||
ющуЮ характеристику. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Интенсивность |
саморегулирования |
можно |
|||||||||
увеличить |
и |
за |
счет |
других факторов. |
Так, |
учи |
|||||||
тывая |
|
, что |
коэффициент расплавления |
$ п |
равен |
||||||||
|
|
|
|
|
I |
_ ѵ Л у ; / . |
|
|
(50) |
||||
где |
|
|
, |
|
|
|
|
|
’ |
|
|
||
|
Сід - |
диаметр |
электродной проволоки, |
||||||||||
|
|
J s |
- удельный |
вес |
материала |
электрода |
|||||||
можно |
получить |
значение |
Іст |
■■ |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
■ |
|
|
|
|
|
(5I) |
Из'Выражений (49) и (51) видно, что интенсив |
|||||||||||||
ность |
саморегулирования увеличивается |
с повыше |
|||||||||||
нием плотности тока, увеличением длины вылета, |
|||||||||||||
уменьшением диаметра |
электрода. |
|
|
|
|||||||||
Кроме |
этого, интенсивность саморегулирования |
||||||||||||
увеличивается |
с. ростом |
градиента потенциала в |
|||||||||||
столбе |
дуги |
£ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Так , например, интенсивность саморегули |
||||||||||||
рования |
подфлюсом |
( £с |
- |
50-35 в/см) горардо |
|||||||||
выше , чем при сварке |
в |
защитных газах |
{£ с |
- 7- |
|||||||||
—15 в/см). По |
|
этой причине |
: сварка в |
защитных |
|||||||||
газах |
ведется |
в |
основном |
тонкой проволокой на |
|||||||||
повышенных |
ПЛОТНОСТЯХ, т о т |
ОТ ИСТОЧНИКОВ .ПИТ.ТгІ-!ня |
42
опологопадающими. характеристиками.
Систола принудительного |
регулирования |
напряжения |
д у г и |
Примером сварочного автомата с данным ре
гулятором является трактор АДС-І000-2. У него
скорость подачи электродной проволоки пропорцио
нальна напряжению дуги :
, |
Ѵ |
п = L / |
U r |
U 3 H ) , |
( 5 2 ) |
где |
- |
коэффициент усиления |
регулятора, |
||
' |
|
см |
|
|
|
|
сёк.з |
|
|
|
|
U -^ ff |
задающее |
напряжение, |
которое, срав |
||
|
|
нивается на выходе регулятора с на |
|||
|
|
пряжением |
дуги. |
|
|
Условие равновесия системы будет по-прежнему |
|||||
выражаться |
уравнением |
(40),а скорость плавления — |
уравнением (4і). Решая совместно уравнения (40),
(41) |
и (52) |
относительно L L g . , |
получим уравнение |
|||||
статической |
характеристики системы |
регулирования |
||||||
дуги |
с плавящимся |
электродом |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
U f U |
y + |
j f |
e g |
. ’ |
(53) |
где |
І І Эр ~ І І з Иß |
** Расчѳтное |
значение |
|||||
задающего |
параметр а^с учетом влияния саморегули |
|||||||
рования дуги . |
|
|
|
|
|
|
||
|
Второй член |
в уравнении |
(53) |
представляет |
43
собой ошибку системы регулирования по току. Как видно из графика (фиг.13) данный регулятор с оп ределенной точностью поддерживает напряжение ду
ги , н а за д а н н о м у р о в н е .
С т а ти ч еск и е х а р а к т е р и с тики и сточ н и ка л и та ния (кривые 1 ,2 ,3 } ,* Дуги
(кривые 5,6,7} и системы р е г -у д и р о в а - .
кия напряже ния д уги (к р и вая 4 ) .
Посмотрим далее, чем определяется скорость отработки возмущения при работе данного регуля тора.
|
Допустим, в данный |
момент |
времени ~Ь =0 |
дли |
|||
на |
дуги |
изменится на |
величину |
â t m |
» а напряже |
||
ние |
и |
ток соответственно |
на |
величины 6,11 и й О . |
|||
В |
следующий момент времени |
за |
счет |
работы |
регу |
||
лятора |
и саморегулирования двеличины |
А С Alt- |
|||||
начнут |
изменяться. Обозначим текущие |
значения |
|
|
|
|
|
44- |
|
|
’■д через |
А |
( і |
» LL к |
L |
|
|
|
|
Тогда текущее значение изменения скорости |
||||||
плавления |
определится |
по уравнению (45) |
»а те*» |
||||
гуцеѳ |
значение |
скорости подачи |
по уравнению: |
||||
|
ДѴп= і „ / ! -folEcit* i $ f) |
( 5 4 ) |
|||||
или с |
учетом |
L ^ —^ ~ ß c |
|
|
|
||
|
|
|
|
у |
|
|
( 5 5 ) |
где |
/ -ff** |
|
|
|
|
||
|
Разность |
текущих |
значений |
а Ѵя и а Ѵ „ пред |
|||
ставляет собой скорость изменения длины дуги |
|||||||
dfiL |
|
|
|
|
*LsL}(i-р 1 )]• |
(56) |
|
Ж |
|
|
|
|
|||
Разделив переменные и проинтегрировав урав |
|||||||
нение |
(56), |
получим |
|
|
|
||
b d = M & + L + h / E - - k - ) ] l+£■ |
( 5 7 ) |
||||||
|
Постоянна интегрирования С находим из на |
||||||
чальных условии |
: при |
~Ь~ о |
а і ^ а Ст, |
и |
|||
С^ - LS, А umіт |
|
. » |
тогда |
|
п |
|
|
й |
|
|
|
£ |
|
i J . |
(58) |
Для анализа быстроты обработки возцущения в
системе представим уравнение (58) в виде:
A t’ tfm e4* * * '* 1.
( 5 9 )
где (■ ( и К н - соответственно'коэффициенты
усиления систем саморегулирования и автоматичес
кого оехулиооеаиия |
определяются до формулам |
: |
' |
, |
(во) |
N
45
|
К , |
4 - r ) . |
|
(6 1 ) |
||
Из |
|
■ *«л, |
/ |
и*(58) следу |
||
уравнения уравнений |
(48) |
|||||
ет, что |
интенсивность'отработки |
возмущения |
сис |
|||
темой |
принудительного |
регулирования |
выше, |
чем . |
у системы саморегулирования при безынерционном регуляторе и прочих равных условиях. Кроме это го, из уравнения (61) следует, что интенсивность
регулирования увеличивается с |
.увеличением коэф |
фициента устойчивости |
»т.е. |
наиболее интенсивно процесс регулирования по на пряжению проходит при наличии крутопадающей и даже вертикальной характеристики источника пита ния.
С увеличением жесткости внешней характерис
тики ухудшается работа автоматического регулятора,
а в случав |
абсолютно |
жесткой внешней характе |
ристики |
и |
Кн - О. При такой харак |
теристике |
источника питания система регулировав |
ния напряжения дуги не действует и отработка воз
мущения по длине дуги цроисходит лишь благодаря саморегулированию.
Система принудительного регулирования
тока дуги Как было показано выше, при использовании
источников питания с жесткими и пологопадающими характеристиками интенсивность отработки возму
щений регуляторами напряжения резко падает. В
46
то же зремя данные источники питания находят
зсе более широкое применение в сварочной техни
ке при сварке в защитных газах, электрошлаковой
сварке' и т.д. При использовании таких источни ков питания целесообразно осуществлять принуди тельное регулирование по току.
Регулируемой величиной в таких системах яв
ляется ток дуги. Скорость подачи проволоки про
порциональна току дуги :
где |
|
- |
V/, ~ $ Tf |
~ t y ) * |
|
(&2 ) |
|
|
коэффициент усиления регулятора , |
||||||
|
|
Т/ |
см |
|
|
|
|
|
|
сек.а |
|
|
|
а. |
|
|
Уз - приведенный задающий параметр, |
||||||
|
Решая |
совместно уравнения (40), (41) |
и |
||||
(62) |
относительно |
, получим уравнение |
стати |
||||
ческой |
характеристики |
системы регулирования |
|||||
тока |
дуги |
о плавящимся |
электродом : |
|
|
||
где |
|
У зр*]Г*& г ''5 ” расчетное значение |
(65) |
||||
|
задаю |
||||||
щего параметра с учетом саморегулирования дуги. |
|||||||
А второй |
член |
представляет собой ошибку |
систе |
||||
мы регулирования. |
|
|
|
||||
|
Статическая |
характеристика системы регулиро |
|||||
вания |
|
тока |
дуги |
аналогична статической |
характе |
||
ристике |
системы |
саморегулирования ('фиг. |
II). Дан |
ная система так же как и система саморегулярова-
Ш1Я поддертѵивает постоянным ток дуги ,но с
|
|
47 |
|
|
|
большей |
точностью. |
|
|
|
|
|
При наличии возмущения по длинеЛ^изме |
||||
нение |
скорости |
плавления |
& \!э |
можно |
определить |
из уравнения (45)# а изменение |
скорости подачи а Ѵп |
||||
из уравнения (62) |
|
р |
|
|
|
|
А 14 = -'/{-грАУ =z£c |
а Е. |
(64) |
||
Тогда скорость изменения длины дуги |
|||||
^ ■ ^ а Ѵэ |
- а Ѵ/7* - а ß |
|
|
+$*#). (65) |
|
Проделав преобразования как и в случае C H C - J |
|||||
темы |
саморегулирования, подучим : |
|
|||
|
üß^üßm ехр[-Ес{& $ * * L ) t . ( 66) |
Анализ уравнения (66) показывает, что быстродейстдае данной системы увеличивается при
уменьшении угла наклона внешней характеристики источника питания.
§7. Устойчивость электоошлакового
ігродеоса и требования к источникам питания
При элѳктрошлаковом процессе расплавление•
электродного и основного металла осуществляет ся за счет тепла шлаковой ванны, разогретой до
высоких температур. Электрический ток »протекаю щий между электродом и основным металлом, нагре
вает шлаковую ванну и поддерживает в ней высс-
О