книги из ГПНТБ / Фридман, Л. Н. Источники питания сварочной дуги учеб. пособие
.pdf48
кую температуру и электропроводность.
Т.к. проводимость шдако.'ЮЙ ванны в большой
степени зависит от температуры, то шлаковую ван ну можно рассматривать как нелинейное активное сопротивление. В отличие от дуги шлаковая ванна
имеет высокую тепловую инерцию, поэтоцу на мгно
венных значениях тока и напряжения нелинейность
не отражается. Кривые тока и напряжения при свар»
кѳ |
переменным током, |
зафиксированные с помощью |
|||
осциллографа, |
представляют |
собой |
синусоиды .сов |
||
падающие по фазе . |
|
|
|
||
|
Рассмотрим устойчивость системы: источник пи |
||||
тания - шлаковая ванна для |
выявления требований |
||||
к |
источникам |
питания |
. Для |
этого |
рассмотрим"при |
ходные'1 и "расходные" |
статьи теплового баланса |
электрошлаковой сварки в функции температуры шла
ка |
• |
|
К расходным статьям относится тепло,идущее |
на |
нагрев и плавление электродного и основного |
металла, тепло, отводимое формирующими устройст вами и излучаемое в окружающее пространство. За
висимость |
расходуемой |
мощности Р п |
от температур |
||
ры |
шлаковой ванны |
представлена на фиг.14,а. |
|||
До |
температуры |
плавления металла |
'Епц.м- эта за |
||
висимость имеет |
линейный характер. Дальнейшее |
||||
повышение |
температуры |
сопровождается^более рез- |
49
ким возрастанием мощности, что вызвано расплав
лением части металла, контактирующего сошлаком.
С включением подачи электрода добавляется слага емое Рд , которое при постоянной скорости подачи
электрода можно считать не зависящим от темпе ратуры шлака.
,В стационарном режиме общая тепловая мощ
ность |
Pf, должна |
быть |
равна приходной |
мощнос |
|||
ти Рш.-ІЬиОщ. |
|
, нагревающей зону |
сварки. |
||||
|
Посмотрим |
теперь, как зависит |
Рш.от |
темпера»* |
|||
туры |
сварочной |
ванны. Для |
этого |
рассмотрим вна |
|||
чале, |
как изменяется.проводимость |
промежутка |
|||||
между |
электродами. |
Для |
элѳктрошлаковой |
сварки |
|||
обычно используютоя |
плавящиеся |
металлические |
электроды. При |
плавящемся |
электроде, подаваемом |
|||||
в |
зону сварки |
с |
постоянной скоростью, расстоя |
||||
ние |
между |
торцом |
электрода |
и |
поверхностью ме |
||
таллической |
ванны |
зависит |
от |
температуры |
шлака. |
||
При |
низкой |
температуре требуемая для плавления |
|||||
электрода |
мощность может |
быть |
передана |
ему |
|||
при |
большой |
поверхности контактирования металла |
оошлаком. С увеличением температуры эта поверх
ность |
сокращается, глубина погружения |
электро |
да в |
шлак уменьшается... Благодаря этому |
повыше |
ние температуры шлака не влечет за собой возрас
тания проводимости |
, как при неплавящэмся |
электроде. Наоборот |
’с увеличением температуры |
t
50
проводимость падает,_ как показано на фиг. 14,б.
Для любого источника питания, применяемого
для сварки, полезная мощность в функции проводи
мости нагрузки выражается -кривой, имеющей макси-^
мум (фиг.14,в). Последний соответствует равенству сопротивлений нагрузки и источника питания. Рабо
чий диапазон проводимости нагрузки для |
источника |
|||
питания с пологопадающей |
внешней |
характеристикой |
||
лежит значительно левее |
максимума |
мощности,т.е. |
||
в части кривой |
Р = / [C j |
> где между Р |
ъ ß на |
|
блюдается почти |
пропорциональная |
зависимость . |
||
|
|
і; |
|
|
а )
р
Зависимость
димости шлаковой ван ны от температуры (б) и полезной мощности
источника литания от
епроводимости нагрузки
(в).
ф и г .14.
|
|
|
51 |
|
|
Рабочий |
диапазон |
проводимостей для |
источник |
ка |
питания |
с падающей характеристикой |
охватыва |
|
ет |
обычно |
область |
максимума и распространяется |
вправо |
от |
него. Учитывая |
это |
обстоятельство |
и |
||||||||
характер |
кривых |
С |
щ |
. ~ |
й |
P * f ( G ) |
|
|
|||||
(фиг. 14,б |
и |
в), легко |
построить |
зависимость |
|
||||||||
от |
температуры |
ЯГщ. |
|
|
|
Для плавящегося |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
электрода |
эти зави |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
симости представлены |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
на фиг.15. Здесь же |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
нанесена зависимость |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Pfj - f f t t u ) |
.Точки |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
*пересечения |
кривых |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
А и В определяют воз |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
можные режимы работы |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
шлаковой ванны.Оче |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
видно »режим может |
|
||||
|
|
Фиг.15. |
|
|
|
быть устойчивым, ес |
|||||||
Зависимость мощностей от тем ли отклонение его от |
|||||||||||||
пературы шлаковой |
ванны: |
|
равновесного |
состояния |
|||||||||
I - & |
= |
/ ( |
ТГщ.) |
; 2 - PUA- |
в сторону |
более высоких |
|||||||
= Т ('Ей*) |
- |
источникпитания |
|||||||||||
с жесткой характеристикой |
; |
температур |
приводит к |
||||||||||
3 - Рш - ' f |
( '&uu ) то |
ж е , но |
|
|
что |
мощность |
Реи. |
||||||
с падающей |
характеристикой. ■' тому, |
||||||||||||
становится |
меньше мощности Рп |
В |
результате ванна |
||||||||||
охлаждается |
и режим |
восстанавливается .-.Отклонение |
|||||||||||
в сторону |
низких температур |
должна приводить к |
об |
||||||||||
ратному |
явлению |
Рил .> Р ч . 3 |
этом |
случае |
ванна |
бу |
|||||||
дет нагреваться'до тех лор, пока не установится ра |
|||||||||||||
венство |
Рилр Рп . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
52 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, условие устойчивости тепло |
|||||||||||
вого |
режима |
|
ванны можно |
записать |
неравенством |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
Ѣ |
< |
Ш . |
|
. |
|
|
(67) |
|
которое |
должно |
OttM. |
иСш . |
точке, соответству |
||||||||||
соблюдаться |
в |
|||||||||||||
ющей |
равенству мощностей Рйі-Рп . |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Анализ |
графиков |
на |
фиг.15 |
показывает,что |
||||||||
это условие |
выполняется в |
точке А, |
|
если источник |
||||||||||
питания |
имеет |
пологопадаюицгю |
характеристику. Ис |
|||||||||||
точник |
|
питания с |
падающейа - |
характеристикой |
также |
|||||||||
позволяет |
получить устойчивый |
режим |
(точка |
В), но |
||||||||||
в |
ограниченном |
интервале |
температур |
и при |
перегре |
|||||||||
той шлаковой |
|
ванне. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Поэтому для электрошдаковой сварки плавящим |
||||||||||||
ся |
электродом |
используются |
обычно |
источники пи |
||||||||||
тания |
с жесткими |
и пологопадающиыи |
внешними |
ха |
||||||||||
рактеристиками . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
При |
элоктрошлаковой |
сварке |
неплавящимся |
|||||||||
электродом |
|
зависимость |
от |
|
другая. Она |
|||||||||
повторяет |
зависимость |
удельной |
проводимости |
шла |
||||||||||
ка |
от |
температуры. В этом случав устойчивый |
теп |
|||||||||||
ловой режим ванны в широком диапазоне температур |
||||||||||||||
позволяют |
получить |
источники |
питания с падающими |
|||||||||||
внешними |
|
характеристиками. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
• |
'V |
|
|
|
|
|
|
%
53
Глава П.Основные типы источников питания и области их раци-
„опального применения
§1 |
Классификация источников .питания и |
их |
||
|
|
технические характеристики |
|
|
Разработка |
различных типов источников |
пита |
||
ния началась еще |
в конце прошлого века и произво |
|||
дилась |
параллельно с развитием |
технологии свар |
||
ки. Поиск наиболее |
экономичных |
конструкций,обес |
печивающих устойчивое горение дуги, спокойный без
разбрызпгвания |
перенос металла в сварочную ван |
|||||||||
ну, продолжается |
до |
сих |
пор. |
|
|
|
|
|||
|
На |
заре |
сварочной |
техники, |
когда |
сварка |
||||
йѳлась |
исключительно на постоянном |
токе, в к а |
||||||||
честве |
источников |
питания |
применялись вначале |
|||||||
генераторы |
постоянного тока |
с |
балластными реос |
|||||||
татами, включенными |
последовательного |
дугой,Этот |
||||||||
тип |
источников |
питания применяется до сих пор. |
||||||||
для-многопостовой сварки. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Затем были |
разработаны конструкции генера |
||||||||
торов, |
обеспечивающих устойчивое |
горение |
дуги |
|||||||
без балластных реостатов, |
|
в которых |
теряется |
|||||||
много |
энергии. |
В различных |
странах, |
различными |
||||||
фирмами с 1905 г. было создано |
несколько |
десят |
||||||||
ков типов |
конструкций таких генераторов. |
|
||||||||
|
Несколько |
позже, в |
связи |
с обоснованием |
|
|
|
|
54 |
|
|
возможности |
сварки |
на |
переменном токе,появились |
|||
источники питания переменного тока - сварочные |
||||||
трак сф орматовы. |
|
|
|
|
||
|
В нашей стране производство источников пи |
|||||
тания |
было |
начато |
в 1924 г. на Ленинградском за |
|||
воде |
"Электрик". Там |
было |
освоено производство |
|||
сварочных генераторов, |
а |
затем |
завод приступил |
|||
іс производству сварочных |
трансформаторов . Пос |
|||||
ледние |
оказались |
более дешевыми |
и экономичными, |
|||
поэтому составляли |
подавляющее |
большинство в об |
щем выпуске источников питания. Создание таких ис
точников |
питания переменного тока способствовало |
|||||
быстрому |
и широкому |
внедрению |
н а |
заводах обо |
||
ронной |
техники автоматической |
сварки |
под флю |
|||
сом в .годы |
Великой |
Отечественной войны. |
|
|||
В |
послевоенные |
годы разработка |
новых |
тех |
||
нологических |
вариантов оварки |
потребовала |
соз^ |
дания новых типов источников питаний. Так, напри
мер, |
развитие |
механизированных способов сварки |
||||
в «еащитыых |
газах связано |
с созданием источников |
||||
питания постоянного |
тока |
с пологопадающими |
внеш |
|||
ними |
характеристиками,обладающими строго опреде |
|||||
ленными динамическими свойствами. |
|
|||||
|
Разработка |
способов |
сварки неплавящимся |
|||
электродом |
в среде |
инертны:: газов привело к |
соз |
|||
данию |
источников |
питания |
переменного тока |
со |
55
специальными устройствами для подавления посто
янной составляющей сварочного тока и для обеспе
чения |
надежного |
повторного возбуждения дуги. |
||||||||||
|
,Для |
эдектрошлаковой |
сварки |
потребовались |
||||||||
однофазные |
и |
трехфаэныѳ . трансформаторы |
с поло |
|||||||||
гопадающими внешними |
характеристиками |
и широким |
||||||||||
диапазоном |
регулирования |
вторичного напряжения. |
||||||||||
|
|
Наряду |
с непрерывным совершенствованием « |
|||||||||
асинхронных |
генераторов велись поиски более со |
|||||||||||
вершенных |
источников |
питания |
переменного |
тока. |
||||||||
В |
начале |
50-х |
|
годов, |
когда |
были |
созданы |
доста |
||||
точно |
мощные |
оѳленовые выпрямители, |
а затем |
|||||||||
германиевые и кремниевые, |
начали |
применять |
преоб |
|||||||||
разователи |
с |
полупроводниковыми |
выпрямителями, |
|||||||||
оостоящиѳ |
из |
трансформатора |
или |
синхронного гене |
||||||||
ратора |
и |
выпрямительного |
блока. |
Эти |
преобразо |
|||||||
ватели, особенно |
о трансформаторами, |
имеют зна |
||||||||||
чительно |
более высокие технико-экономические по |
|||||||||||
казатели, |
чем |
эдектромашннные |
преобразователи. |
|||||||||
|
|
Все |
существующие |
в |
настоящее |
время |
источни |
|||||
ки |
питания можно подразделять |
на |
две |
большие |
||||||||
группы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1)источники питания переменного тока;
2)источники питания постоянного тока.
К |
первой |
группе относятся-: |
а) однофазные |
трансформаторы с падающими внеш |
|
ними |
характеристиками ; |
|
|
56 |
|
б) однофазные |
и |
трехфазные |
трансформаторы с по |
ло голадающими |
внешними |
характернотиками,рас |
|
считанные |
на |
широкий диапазон регулирования |
|
вторичного |
напряжения? |
* |
|
|||
в) |
электромашинные преобразователи и |
передвижные |
|||||
|
агрегаты' генераторами |
повышенной |
частоты |
||||
|
(400-500 гц). |
|
|
|
|
||
|
Ко |
второй |
|
группе |
относятся: |
|
|
а) ' электромашинные преобразователи; |
|
||||||
б) |
выпрямители |
о |
трансформаторами; |
|
|||
в) |
выпрямители |
с |
синхронными генераторами. |
||||
|
Как и трансформаторы,источники питания до |
||||||
стоянного |
тока |
бывают |
о падающими и пологопада |
||||
ющими внешними |
характеристиками. |
|
Вкаждой подгруппе источники питания подраз
деляются |
по |
принципу |
действия |
и |
конструкторс |
|
кому |
оформлению. Соответствующая |
классификация |
||||
будет |
дана |
в |
следующих |
главах |
книги. |
|
Кроме |
этого различают однопостовые источники |
питания - рассчитанные на питание одного поста, и многодостозые - предназначенные для одновременно
го питания нескольких постов.
Каждый источник питания имеет техническую
характеристику, в которую входят: номинальный
ток и номинальное рабочее напряжение, диапазон
регулирования тока, напряжение холостого хода,
|
|
|
|
|
|
57 |
|
|
|
|
|
|
|
и |
коэффициент |
мощности. |
|
|
|
|
* |
|
|||||
|
|
Кроме |
этих величин |
техническая характерис |
|||||||||
тика |
включает |
в |
себя значение |
продолжительнос |
|||||||||
ти |
работы |
ПР |
или продолжительности включения |
||||||||||
ПВ. Эти |
величины |
представляют |
собой |
выраженное |
|||||||||
в 'процентах отношение времени сварки к |
времени |
||||||||||||
цикла, |
|
т.ѳ. |
к |
общему времени |
снарки |
и паузы. |
|||||||
Величина |
ПР |
относится к |
источникам |
питания,ра |
|||||||||
ботающим |
во |
время паузы на |
холостом |
ходу. Ве |
|||||||||
личина |
|
ПВ |
характеризует |
повторно кратковремен |
|||||||||
ный режим работы источника, отключаемого |
на |
||||||||||||
время паузы |
от |
сети. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Требования |
к |
источникам |
питания |
и |
их |
техни- |
||||||
чеоким характеристикам регламентируются |
|
государ |
|||||||||||
ственными стандартами. |
|
, |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Однако |
на |
|
сварочные |
|
выпрямители |
и |
на |
все |
|||
типы |
источников |
|
питания |
с жесткими |
характеристи |
||||||||
ками |
государственных стандартов |
нет. |
|
|
|
|
і