Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Фридман, Л. Н. Источники питания сварочной дуги учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
11.6 Mб
Скачать

48

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