Почему ограничивается напряжение холостого хода источников питания

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Повышение напряжения холостого хода источника питания ограничено правилами техники безопасности, а использование высоких частот требует применения специальной аппаратуры. Общепринятой мерой повышения стабильности сварочной дуги переменного тока является включение в сварочную цепь катушек со стальным сердечником ( дросселей), которые позволяют вести сварочные работы металлическими электродами при напряжении сварочного трансформатора порядка 60 — 65 В и стандартной частоте. При этом в обмазке электродов должно быть достаточное количество ионизирующих компонентов. [31]

Повышение напряжения холостого хода источника питания огра-ничено правилами техники безопасности, а использование высоких частот требует применения специальной аппаратуры. Общепринятой мерой повышения стабильности сварочной дуги переменного тока является включение в сварочную цепь катушек со стальным сердеч-никои ( дросселей), которые позволяют вести сварочные работы метал-лическими электродами при напряжении сварочного трансформатора порядка 60 — 65 В и стандартной частоте. При этом в обмазке электро-дов должно быть достаточное количество ионизирующих компонентов. [32]

Повышение напряжения холостого хода источника переменого тока приводит к снижению косинуса фи. Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания. [33]

Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса фи. Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания. [34]

Почему ограничивается напряжение холостого хода источника литания. [35]

Почему ограничивается напряжение холостого хода источника питания . [36]

По мере понижения напряжения холостого хода источника питания ( жесткая 2 и возрастающая 3 характеристики на рис. 272, б) одно и то же изменение длины дуги приводит к большому изменению тока и поэтому эффективность саморегулирования повышается. Однако низкое напряжение холостого хода затрудняет возбуждение дуги. [37]

По мере понижения напряжения холостого хода источника питания ( жесткая 2 и возрастающая 3 характеристики на рис. 310 6) одно и то же изменение длины дуги приводит к большому изменению тока и поэтому эффективность саморегулирования повышается. Однако низкое напряжение холостого хода затрудняет возбуждение дуги. [38]

Важным устройством является ограничитель напряжения холостого хода источников питания . Он обеспечивает высокую электробезопасность при работе в условиях повышенной опасности, например при сырой погоде, внутри металлических конструкций ( труб), в неудобных положениях лежа или стоя на коленях. Устройство ограничивает напряжение холостого хода до безопасного значения в 12 В при обрыве дуги в момент прекращения сварки из-за замены электрода или зачистки шва. [39]

По — мере понижения напряжения холостого хода источника питания ( жесткая 2 и возрастающая 3 характеристики на рис. 272, б) одно и то же изменение длины дуги приводит к большому изменению гока и поэтому эффективность саморегулирования повышается. Однако низкое напряжение холостого хода затрудняет возбуждение дуги. [40]

Это вызывает необходимость повышения напряжения холостого хода источника питания дуги до 80 — 100 б, что связано с ухудшением условий техники безопасности. Поэтому в сварочной практике прибегают к другим способам повышения устойчивости горения дуги переменного тока при напряжении холостого хода источника 60 — 70 в. Наиболее эффективные результаты дает введение в дугу веществ, обладающих более низким потенциалом ионизации по сравнению с железом. [42]

Отрезок Оа изображает в масштабе напряжение холостого хода источника питания , когда сварочная цепь разомкнута. Отрезок Ог определяет в масштабе сварочный ток в дуге. Отрезок Од изображает в масштабе величину тока короткого замыкания в сварочной цепи. В этот момент напряжение источника питания ( генератора или трансформатора) равно нулю. Источник питания с такой характеристикой ограничивает токи коротких замыканий, которые имеют место в сварочной дуге, до пределов, безопасных для обмоток сварочных генераторов или трансформаторов. [43]

Напряжение питания электродвигателей не должно превышать напряжения холостого хода источника питания плазменной резки . [44]

Второе требование заключается в том, что напряжение холостого хода источника должно быть выше напряжения зажигания дуги. При сварке постоянным током металлическим электродом напряжение зажигания составляет 30 — 40 В, а ДЛЯ УГОЛЬНОГО ЗЛеКТрОДа ОНО повышается до 45 — 55 В. При сварке переменным током напряжение зажигания составляет 50 — 60 В. [45]

Источники питания сварочной дуги

Источники питания (сокращенно ИП), применяемые для сварки, – это разнообразные устройства, выполняющие преобразование переменного тока промышленной частоты (на территории нашей страны она равна 50 Гц). К ним относятся также генераторы, самостоятельно продуцирующие электрическую энергию с заданными рабочими характеристиками. Электродуговая сварка осуществляется благодаря обеспечению особых величин тока и напряжения питания. Усредненный вариант выглядит так: первый параметр отличается очень большими значениями, а второй, наоборот, – невысокими. Поэтому присутствующее в промышленной либо городской сети напряжение нужно понизить. Это – как минимум. А цель программы-максимум – приведение рабочих показателей в диапазон, соответствующий специфике предполагаемых к проведению работ. Ввиду этого, ИП для формирования сварочной дуги должны удовлетворять особым требованиям.

Основные требования

Ниже представлены наиболее критичные характеристики рассматриваемых устройств, без которых их эксплуатация невозможна, либо сопряжена с проблемами.

• Обеспечение легкости зажигания электродуги.
• Поддержка стабильности ее горения.
• Контроль верхнего предела тока КЗ (здесь и далее Короткое Замыкание).
• Обладание хорошими динамическими показателями.
• Удовлетворение требований, связанных с электробезопасностью.

Под динамическими показателями понимается то, насколько быстро восстановится напряжение, отсчитывая от момента вхождения электрода в контакт с массой (то есть, когда возникает КЗ) до возгорания дуги. Последнее событие свидетельствует об электрическом пробое воздуха.

Для вспыхивания дуги достаточно напряжения примерно 20 вольт. Хорошим считается источник, обеспечивающий пробой воздуха с момента КЗ в течение отрезка времени, не превышающего пять сотых секунды. Чем этот интервал меньше, тем динамические характеристики лучше.

Поддержка стабильного горения электродуги подразумевает регулирование в автоматическом режиме изменений величин напряжения от 60В-90В до 18В-20В. Первый диапазон соответствует холостому ходу (сокращенно ХХ). Напряжение второго диапазона характерно рабочему режиму.

Этим требованиям должны удовлетворять все устройства данной функциональной направленности. Причем самодельные сварочные аппараты, изготовленные на основе блока питания (далее БП) персонального компьютера, не являются исключением.

К слову, ПК обычно оснащаются импульсными БП. Они как раз и работают на понижение напряжения электросети. Поэтому сборка рассматриваемых устройств с их использованием не является какой-то архисложной задачей. Но сфера применения таких источников питания ограничена сваркой только тонких металлических пластин.

Классификация

Для классификации ИП сварочной дуги применяется множество критериев. Из них основные, это такие, как по:

• вольтамперной характеристике (аббревиатура ВАХ);
• типу продуцируемого тока;
• методу выработки электроэнергии – производители либо преобразователи;
• способности к перемещению – стационарные либо мобильные;
• количеству одновременно подключаемых сварочных постов;
• сфере применения – для сварочных работ в защитной газовой среде (включая аргонодуговую) либо под флюсом, для выполнения ручной сварки.

В число ключевых рабочих характеристик сварочного аппарата, принимаемые сварщиком во внимание в первую очередь, входят предназначение имеющегося в распоряжении устройства, а также выдаваемый им ток. Требование подбора аппарата по ВАХ является в очень многих случаях превалирующим.

В этом плане приведем два примера.

• Процедура сваривания в защитной газовой среде должна вестись аппаратами, варящими на постоянном токе и отличающимися жесткой характеристикой.
• Выполнение полуавтоматической либо ручной сварки под слоем, обеспечивающим изоляцию сварочной ванны (это – флюс), осуществляется аппаратами с выходным током обоих видов – как с постоянным, так и с изменяющимся по амплитуде, то есть, переменным –, но обязательно имеющими падающую ВАХ.

Сегодня существуют также универсальные ИП сварочной дуги. Помимо способности работать во многих режимах, они предоставляют возможность работать на сварочных токах разного типа и модифицировать вольтамперную характеристику.

О чем говорит вольтамперная характеристика

Статическая ВАХ отображает то, как зависят установившиеся рабочие величины напряжения и тока электродуги при условии постоянства ее размера.

Как видно из рисунка, у характеристики имеются 3 области. Коротко рассмотрим их особенности.

• Область первая. Это резкое падение напряжения на электродуге, сопровождаемое возрастанием сварочного тока. Данную ВАХ принято называть падающей. Ее формирование в таком виде обусловлено увеличением столба электродуги, когда значение сварочного тока растет. Ведь это явление свидетельствует об увеличении электропроводности этого самого столба.
• Область вторая. Такой участок ВАХ называется жестким. Его особенность – неизменность напряжения электродуги, несмотря на рост сварочного тока в широком диапазоне. Причина такой картины – столб электродуги увеличивается в сечении. Анодное и катодное пятна также изменяют свои размеры в большую сторону в прямой пропорциональной зависимости от значения сварочного тока. Однако все это не сказывается на динамике напряжении и показателе плотности тока. На жестком участке ВАХ эти параметры если и меняются, то весьма незначительно.
• Область третья. Рост тока сварки сопровождается увеличением значения напряжения на электродуге. Подобную характеристику принято называть возрастающей. Работа на данном участке отличается повышением тока, не сопровождающегося увеличением площади катодного пятна. А по причине возрастания сопротивления электродуги напряжение также изменяется в большую сторону. Известная из курса средней школы формула U=І×R и здесь актуальна.

Разновидности преобразователей

Ключевое отличие ИП сварочной дуги кроется в принципе, лежащим в основе преобразования электротока. Эти устройства подразделяются на 4 основных вида. Но прежде чем приступить к их более подробному рассмотрению, необходимо отметить один важный момент. Речь идет о, так сказать, особняком стоящих генераторах, которые принято называть агрегатами.

Такие машины являются первичными, а не вторичными источниками электроэнергии. Они самостоятельно вырабатывают питание и не выполняют функцию его преобразования, будучи подключенными к одной из сетей – промышленной либо городской. Основным компонентом агрегатов является ДВС (общепринятая аббревиатура словосочетания Двигатель Внутреннего Сгорания), работающий на высокооктановом либо дизельном топливе. Второй заметно дороже, но этот минус нивелируется большим моторесурсом и повышенной мощностью. А теперь более подробно об устройствах, являющихся преобразователями по определению.

Трансформатор

Сварочный аппарат такого типа является наиболее простым. Его базовый компонент – дроссель, называемый также реактивной катушкой индуктивности. Основная функция обыкновенного трансформатора – понижение сетевого вольтажа до отметки, колеблющейся в диапазоне min 60В…max 80В (на ХХ) и поддерживать значение этого показателя в ходе работы приблизительно 20В.

Сваривает трансформатор исключительно переменным током. Из достоинств данного устройства стоит выделить:

• бесшумность работы;
• надежность, сочетающаяся с хорошей ремонтопригодностью;
• относительно небольшие затраты электроэнергии;
• высокое значение КПД;
• доступная цена.

Наряду с плюсами у трансформатора имеются и недостатки. Связаны они, в основном, со сваркой переменным током. Назовем основные минусы.

• Большой вес.
• Значительные габариты.
• Нестабильное горение дуги. На эту характеристику оказывают сильное влияние перепады входного напряжения.
• Ограниченный список металлов, которые поддаются свариванию переменным током. В большинстве своем это сплавы малоуглеродистые.

Выпрямитель

Как можно понять из названия, данное устройство преобразует переменный ток в ток с неизменной амплитудой – постоянный. Решается эта задача путем использования полупроводниковых твердотельных деталей, изготовленных на базе кремния (элемент Sі) и кадмия (элемент Сd). Выпрямители бывают одно- и трехфазные и могут иметь любую вольтамперную характеристику – жестко установленную на этапе производства или модифицируемую пользователем в соответствии со спецификой предполагаемых к выполнению, связанных со сваркой.

У этих устройств множество достоинств:

• небольшое потребление электроэнергии;
• габариты, а также масса заметно меньше в сравнении с трансформаторами;
• высокий КПД;
• на ХХ малые потери;
• широкий спектр применения: можно сваривать любые сплавы.

Но и без недостатков здесь не обошлось, Основные такие:

• в ходе сварки наблюдается значительное нагревание. Поэтому нужно организовать эффективную систему охлаждения с последующим обязательным контролем ее функционирования;
• повышенная чувствительность к появляющимся во внешней сети перепадам напряжения;
• достаточно высокая цена.

Преобразователи

Такое устройство формирует постоянный ток из тока переменного на основе механического способа. В принципе, это ни что иное, нежели электродвигатель. Он обеспечивает вращение вала генератора тока постоянного. Подобные устройства в свое время были, так сказать, «пионерами» в сфере осуществления сварки этим способом. К числу их достоинств причисляются следующие факторы:

• нечувствительность к перепадам входного напряжения – характеристики выходного тока стабильны;
• весьма большое значение продуцируемого тока – 300А…500А. У некоторых моделей этот показатель достигает отметки 1000А. Для работ определенного рода это имеет принципиальное значение. Например, когда свариваются металлические плиты большой толщины.

К недостаткам можно отнести:

• большой вес. Встречаются преобразователи с массой 500 килограмм;
• необходимость проведения регулярного техобслуживания. Связано это требование с особенностями конструкции данных устройств. В них присутствуют детали, вращающиеся с очень высокой скоростью;
• малая величина КПД. Причина – много энергии уходит впустую на то, чтобы только раскрутить вал электродвигателя.

Инверторы

Инверторы представляют собой особую категорию ИП сварочной дуги. В бытовой сфере – это оптимальный вариант оборудования для сварки. Небольшие размеры в сочетании с удобством в обращении обусловливают использование данных устройств при наличии ограничений по мощностным показателям, обеспечиваемым сетью и, кроме того, в условиях работы, требующей мобильности. Большинство моделей инверторов можно подключать в сеть (без риска ее перегруза) через обычную всем нам привычную розетку.

В основе их принципа действия находится инверсия. Этот термин обозначает явление, когда энергия зеркально трансформируется из одного физического состояния в иное. Инвертор выполняет сварочное соединение переменным током, получаемым из тока постоянного, который формируется, в свою очередь, из переменного тока промышленной сети.

Благодаря инверсии частота вырабатываемого тока может возрасти в тысячу раз и достичь отметки 50 кГц. Это позволило существенно уменьшить вес и габаритные характеристики устройства. В некоторых инверторных ИП сварочной дуги реализовано два режима – сварка переменным, а также постоянным током. К плюсам, помимо небольших размеров, можно отнести:

• низкое потребление электроэнергии;
• высокий уровень безопасности;
• доступность плавной регулировки величины выходного тока;
• при сварке наблюдается разбрызгивание капель раскаленного металла в небольшой степени.

Перечень минусов инверторов невелик:

• значительная стоимость ремонта;
• плохо переносит отрицательные температуры;
• требует защиту от пыли и, в целом тщательный уход.

Для выполнения ручной сварки инвертор – наиболее оптимальный вариант.

Испытания

Контроль качества ИП дуговой сварки осуществляется путем испытаний нескольких образцов, отобранных случайным образом из партии, отправляемой на склад готовой продукции. Регламентируют эту процедуру нормы ГОСТа 25616-83. Коротко рассмотрим его основные положения.

Методы испытаний

Существует два метода испытаний ИП дуговой сварки.

Дифференцированный метод

Применяется с целью оценки следующих характеристик данных устройств:

• уровень эластичности электродуги;
• качество сформированного шва;
• степень разбрызгивания расплавленного металла;
• стабильность процедуры сварки
• начальное зажигание электродуги;

По результатам проведенного дифференцированного способа испытаний ИП сварки автоматического и полуавтоматического типа в среде углекислого газа (СО ₂ ) оцениваются:

• качество процесса формирования шва;
• объем потерь металла;
• надежность протекания процедуры сварки.

Сфера применения дифференцированного метода зависит от предназначения данных устройств. Если для сварки ручной электродуговой, тогда этот способ задействуется при испытаниях:

• периодических. То есть, проводимых в сроки, которые устанавливает актуальная нормативно-техническая документация;
• типовых. Выполняются для оценивания эффективности произведенных модификаций конструкции и их целесообразности;
• предварительных. По их результатам определяется возможность передачи опытных образцов на приемочные испытания;
• приемочных. Цель проведения – решение вопроса о целесообразности массового производства данной продукции.

Для ИП сварочной дуги в среде СО ₂ кроме вышеуказанных осуществляются также сравнительные испытания.

Совокупный метод

Применяется при проведении сравнительных испытаний. По его результатам оцениваются, в целом, сварочные свойства на основе обобщенного единичного параметра. Сравнение проводится не с одним, а с двумя экземплярами ИП. Причем значения показателей их сварочных характеристик должны отличаться и быть заранее известны.

Испытания ИП для ручной сварки

Сварочные качества оценивают два сварщика независимо один от другого. Уровень их квалификации должен быть не ниже 5-го разряда.

• Проведение зачетных сварок должно предварять выполнение сварщиками пробных наплавок в количестве не меньше двух.
• Оценка сварочных показателей, когда проводятся сравнительные, а также периодические испытания, осуществляется путем наплавки в нижнем положении.
• Оценку сварочных характеристик ИП при выполнении предварительных, типовых и приемочных испытаний следует осуществлять наплавкой в двух положениях, как нижнем, так и вертикальном. В последнем случае направление проходки – снизу-вверх.
• Начальная температура (обозначение Т _н ) образца, взятого для наплавки, должна находится в диапазоне +15°С≤ Т _н ≤35°С.
• Вдоль линии оси каждого образца наплавляется лишь 1 валик.
• Определение сварочных качеств ИП осуществляется для минимальных и максимальных значений всех диапазонов изменения тока, доступных к регулировке. Отдельно оговорен вариант этой процедуры, когда смежные диапазоны регулировки тока перекрываются. В данном случае испытания должны проводиться следующим образом: сила тока устанавливается на максимальном значении, реализуемом в предшествующем диапазоне, и на минимальном значении, доступном в последующем диапазоне. Причем все это при идентичных диаметрах сварочных электродов и рабочих режимах.
• Подбор электродов для сварки по диаметру выполняется с учетом требования, чтобы усредненный ток наплавки, ориентированной в пространстве в требуемом положении, совпадал либо был близок к значению этого параметра конкретного диапазона регулировки.
• Электроды с диаметром, не превышающим 6,0 мм, допускается использовать для наплавок на токах усредненной величины рекомендованной модели электрода и для конкретного диаметра.
• В ГОСТе 25616-83 отдельно оговорен вопрос наплавки в вертикальном положении. Делать это необходимо электродами, диаметр которых не превышает 4,0 мм. Пример. Первый диапазон регулировки тока характеризуется следующими предельными значениями: минимальное – 50,0А, максимальное – 140,0А. Усредненная величина тока (обозначение I _уср. ) для используемых в проводимых испытаниях электродах, диаметр которых равен: 2,0 мм – I _уср. =60,0А; 3,0 мм – I _уср. =110,0А; 4,0 мм – I _уср. =175,0А; Осуществление испытаний в таком случае проводится электродами: для максимального значения – диаметром 3,0 мм при величине тока 110,0А, а для минимального значения – диаметром 2,0 мм при токе 60,0А.

Заключение

Главным критерием, на основе которого осуществляется выбор ИП, является возможность выполнения с его помощью требуемых сварочных работ. Если это имеет место, далее следует оценить, подходит ли аппарат по размеру, соответствует ли выделенному на его приобретение бюджету, и обладает ли он нужным функционалом. Надежный ИП сварочной дуги, так же как и автомобиль проверенной модели прослужит на протяжении многих лет.

Товары каталога:

Сварочная дуга и требования к её источникам питания

К источникам питания сварочной дуги предъявляются технические требования, связанные со статической характеристикой дуги, процессом плавления и переноса металла при сварке. Эти источники значительно отличаются от электрических аппаратов, применяемых для питания током силовых и осветительных установок, и имеют следующие отличительные особенности:

сварочные аппараты должны быть оборудованы устройством для регулирования силы сварочного тока, максимальное значение которого ограничивается определенной величиной;

ток кратковременного короткого замыкания, возникающий в момент касания электродом изделия и при переносе расплавленного металла на изделие, должен быть определенной величины, безопасной для перегрева аппарата и пережога обмоток и достаточной для быстрого разогрева конца электрода, ионизации дугового пространства и возникновения дуги;

напряжение холостого хода должно обеспечивать быстрое зажигание дуги, но не создавать опасности поражения сварщика электрическим током при соблюдении работающим правил безопасности; обычно оно в 1,8—2,5 раза больше рабочего напряжения дуги и находится в пределах 60—80 В. В правилах устройства электроустановок указаны предельные величины напряжения холостого хода аппаратов ручной дуговой сварки — постоянного тока 100 В (средняя величина), переменного 80 В;

в процессе ручной сварки в зависимости от применяемой марки электродов и мастерства сварщика длина дуги может меняться в пределах 3—5 мм и соответственно будет меняться напряжение дуги, однако при этом лишь незначительно может меняться установленная сила тока, обеспечивающая требуемый тепловой режим сварки.

Все указанные требования учитываются внешней вольтамперной характеристикой источника питания, которой называется зависимость между величиной сварочного тока и напряжения на выходных клеммах сварочного аппарата. Различают несколько типов внешних характеристик (3.7): крутопадающую /, пологопадающую //, жесткую /// и возрастающую IV. Для ручной дуговой сварки используют источники щ~ тания с крутопадающеи характеристикой, которая наиболее отвечает требованиям данного процесса: при изменении длины дуги, неизбежном во время ручной сварки, незначительно изменяется напряжение, а сила тока практически остается постоянной.

Напряжение холостого хода достаточно высокое для зажигания дуги в начале работы. Источники с крутопадающей характеристикой используют также для сварки в защитном газе неплавящимся электродом и для сварки под флюсом. Источники с другими типами внешних характеристик используют для сварки под флюсом, сварки тонкой проволокой, электрошлаковой сварки и для многопостовых установок.

Кроме указанных внешних характеристик источники питания дуги должны обладать хорошими динамическими свойствами—должны быстро реагировать на перерывы при коротком замыкании и восстанавливать горение дуги. Для сварочных генераторов Государственным стандартом СССР установлен динамический показатель времени восстановления напряжения от нуля до рабочего (восстановления дуги) не более 0,3 с.

Источники питанця #ля ручной дуговой сварки работают в режиме ПН (продолжительности нагрузки) или ПР (продолжительности работы), что равнозначно. При этих режимах установленная неизменная нагрузка (сварочный ток) чередуется с холостым ходом источника, когда в сварочной электрической цепи ток практически отсутствует. Продолжительность работы не должна быть настолько длительной, чтобы температура нагрева источника могла достигнуть значения, недопустимого для него. Этот режим определяется отношением времени сварки tCB к сумме времени сварки и времени холостого хода источника tK.x:

Если вместо холостого хода в перерывах происходит отключение источника питания (пауза), то такой режим называют повторно-кратковременным (ПВ). Он определяется также в процентах

Повторно-кратковременный режим исрользуют при работе сварочными полуавтоматами. Постоянный рабочий режим (ПВ — lOO %) используют для установок автоматизированной сварки или для автоматов.

Сварочный ток, напряжение и мощность, при которых не происходит перегрев источника в максимальном расчетном режиме, называют номинальными.

При использовании многопостовых источников сварочного тока «(выпрямителей, преобразователей) необходимо, чтобы они имели жесткую вольтамперную характеристику, а отдельные посты, снабженные балластными реостатами, обеспечивали бы крутопадающие внешние характеристики каждого поста и возможность регулирования реостатом силы сварочного тока. Сварочным постом называют специально оборудованное рабочее место для сварки. Однопостовой источник обслуживает один пост, многопостовой — несколько постов.

Важной характеристикой источников сварочного тока является коэффициент полезного действия г\и который равен отношению полезной мощности источника Р к его полной потребляемой мощности Рп:

Полезная мощность источника постоянного тока определяется произведением номинального тока на номинальное напряжение

Потребляемая мощность Рп — мощность источника при номинальных /, U и Р с учетом потерь на трение и электрическое сопротивление источника, т.е. потерь в самом источнике.

Источники питания сварочной дуги

Источники питания дуги могут быть с возрастающими, жесткими, пологопадающими, падающими и крутопадающими вольт-амперными характеристиками. В таких источниках напряжение холостого хода регулируется плавно, ступенчато или остается постоянным, а сила сварочного тока устанавливается скоростью подачи электродной проволоки или изменением статической характеристики источника питания.

Автоматическая сварка может выполняться с постоянной скоростью подачи электродной проволоки или скоростью подачи, зависимой от напряжения на дуге. При постоянной скорости подача электродной проволоки в зону дуги устанавливается ступенчато с помощью шестерен или плавно регулятором скорости. При сварке с зависимой от напряжения на дуге подачей скорость перемещения проволоки в зону дуги изменяется в зависимости от напряжения сварки, а сила сварочного тока определяется точкой пересечения статических характеристик дуги и источника питания.

При пологой внешней характеристике дуги используются источники питания с пологопадающей, падающей и крутопадающей характеристикой. В этом случае с увеличении скорости подачи электродной проволоки длина и напряжение дуги уменьшаются, а сила сварочного тока повышается. Уменьшение напряжения холостого хода при сварке с падающей характеристикой дуги и применение источников питания с полого-падающими характеристиками снижает длину и напряжение дуги, а силу сварочного тока увеличивает.

Если статическая вольт-амперная характеристика дуги падающая, то для устойчивого горения дуги целесообразно применять источники питания с падающими вольт-амперными внешними характеристиками. В этом случае крутизна падения статической характеристики дуги в рабочей точке должна быть меньше крутизны падения характеристики источника питания. 8 источниках с падающей вольт-амперной характеристикой при сварке с такой же характеристикой дуги уменьшение напряжения холостого хода снижает силу сварочного тока и незначительно повышает напряжение на дуге.

При возрастающих внешних характеристиках дуги могут быть применены источники питания с падающими, жесткими и возрастающими вольт-амперными характеристиками. Однако саморегулирование дуги лучше достигается при большем изменении силы сварочного тока. Такому условию наиболее полно удовлетворяют источники питания с жесткими или даже с возрастающими вольт-амперными характеристиками. Однако, если применяются источники питания с возрастающими вольт-амперными характеристиками при сварке с такой же характеристикой дуги, крутизна подъема внешней характеристики источника питания должна быть меньше, чем статической характеристики, дуги. В этом случае увеличение скорости подачи электродной проволоки приводит к уменьшению длины дуги и повышению силы сварочного тока. Напряжение при этом снижается тем больше, чем выше крутизна подъема внешней характеристики дуги.

При сварке от источников питания с жесткими внешними характеристиками напряжение на дуге изменяется незначительно. В случае использования источников питания с падающими и крутопадающими характеристиками при увеличении скорости подачи электродной проволоки напряжение на дуге уменьшается. Если применяются источники питания с жесткими вольт-амперными характеристиками, для получения падающей внешней характеристики при ручной многопостовой сварке, сварке под флюсом и других в сварочную цепь последовательно с дугой включают балластный реостат. В этом случае при автоматической сварке верхняя граница силы тока задается скоростью подачи электродной проволоки, а его регулировка от минимального до максимального значения осуществляется балластными реостатами. Когда напряжение холостого хода не изменяется или изменяется ступенчато, напряжение на дуге более плавно можно регулировать с помощью балластных реостатов. В этом случае рабочее напряжение будет U_д=U_х.х-IR_б, где U_д — рабочее напряжение на дуге, В; U_х.х — напряжение холостого хода источника питания, В; I — сила сварочного тока, A; R_б — сопротивление балластного реостата, Ом.

Изменение длины дуги и режима сварки с целью поддержания заданных значений тока и напряжения на дуге производится вручную или автоматически. Для обеспечения постоянства силы сварочного тока и ограничения тока короткого замыкания применяют источники питания с крутопадающими (почти вертикальными) внешними характеристиками.

В процессе автоматической сварки с постоянной скоростью подачи электродной проволоки саморегулирование ухудшается с увеличением диаметра проволоки. Поэтому при сварке проволокой диаметром более 3 мм предпочтительнее вести сварку с зависимой от напряжения на дуге скоростью подачи электродной проволоки. Тогда сила тока регулируется изменением внешних характеристик источника питания, а напряжение на дуге — изменением длины дуги за счет настройки подающей системы автомата.

Лучшие результаты при сварке от источников питания с зависимой от напряжения на дуге скоростью подачи позволяют получать источники питания с минимальным изменением силы сварочного тока в зависимости от напряжения на дуге. Такому условию удовлетворяют источники питания с крутопадающей внешней характеристикой, обеспечивающей необходимое изменение силы тока при незначительных колебаниях длины дуги.

При сварке на переменном токе с частотой 50 Гц электрод является анодом в течение 0,01 с и перегреться не успевает. За этот период происходит распыление окисной пленки на свариваемом металле. В следующий момент электрод является катодом а, так как на нем выделяется меньше тепла, охлаждается. Таким образом, при сварке на переменном токе дуга гаснет каждый раз, когда значения тока и напряжения переходят через нуль, и повторно возбуждается 100 раз в секунду.

Скорость повторного зажигания дуги в большой степени зависит от напряжения холостого хода. Более высокое напряжение приводит к более быстрому повторному зажиганию. При напряжении холостого хода 150 В дуга зажигается практически мгновенно и перерывы в ее горении отсутствуют, однако такое напряжение опасно для жизни сварщика.

Большое влияние на значение напряжения, необходимого для повторного зажигания дуги, оказывает свариваемый металл. Если при сварке технического алюминия для стабильного зажигания дуги необходимо напряжение холостого хода 150 В, то для сплавов алюминия, легированных магнием, напряжение зажигания можно ограничить 100 В. Такое напряжение тоже опасно для жизни, поэтому применяют источники питания с напряжением холостого хода не более 80 В и наложением на сварочную цепь токов высокой частоты от осциллятора.

В дуге при сварке на переменном токе наблюдается частичное, полное и сопутствующее выпрямление тока. Наиболее нежелательным считается сопутствующее выпрямление. При горении, дуги переменного тока между разнородными металлами результирующие формы тока и. напряжения являются асимметричными. Это приводит к тому, что при определенной длине дуги напряжение в течение отрицательного полупериода в два раза ниже, чем в течение положительного полупериода (такое изменение напряжения сопровождается появлением отрицательной постоянной составляющей тока), а длительность положительного полупериода уменьшается.

Явление сопутствующего выпрямления дуги снижает величину и продолжительность положительного полупериода, а значит, и эффективность.удаления окислов металлов. Если кроме сопутствующего выпрямления существует частичное или полное выпрямление дуги, удаления окисной пленки не происходит, вообще. При подаче присадочной проволоки в такую дугу происходит, резкое разбрызгивание металла. Для устранения сопутствующего выпрямления в несимметричной дуге, когда отрицательный полупериод тока в два и более раз меньше положительного, параллельно дуге включают конденсаторы или постоянные сопротивления.

При использовании конденсаторов постоянная составляющая сварочного тока, вызванная действием сопутствующего выпрямления, устраняется полностью. В период, когда сварочный ток течет от изделия к электроду, конденсаторная группа приобретает положительный заряд. При отрицательном полупериоде тока происходит подзарядка конденсаторов и накопление положительного заряда. Отрицательный полупериод в связи с существованием постоянной составляющей значительно больше по величине положительного полупериода. Это приводит к повышению силы тока в положительный полупериод и уменьшению в отрицательный, т. е. восстановлению симметричной формы синусоиды сварочного тока. В случае полной разрядки конденсаторов возбуждение дуги затруднено. Чтобы устранить этот недостаток, конденсаторы включаются в сварочную цепь только после зажигания дуги.

Для устранения отрицательной постоянной составляющей сварочного тока, применяют также аккумуляторные батареи, которые, как и конденсаторные батареи, подключаются параллельно к дуге. Если величина положительного потенциала батареи и отрицательной постоянной составляющей сварочного тока дуги равны между собой, они уничтожают друг друга, и сопутствующее выпрямление дуги ликвидируется. Но так как величина постоянной составляющей зависит от силы сварочного тока, а напряжение на клеммах батареи остается практически неизменным, сопутствующее выпрямление дуги устраняется не полностью. Кроме того, батареи в процессе эксплуатации разряжаются и требуют постоянной подзарядки. Поэтому применение батарей менее эффективно, чем конденсаторов. Сопротивление не оказывает существенного влияния на снижение постоянной составляющей сварочного тока и применяется весьма редко.

Основными характеристиками режима эксплуатации источников питания являются продолжительность работы ПР и продолжительность включения ПВ. Эти величины, выраженные в процентах, характеризуют повторно-кратковременный режим работы, на который рассчитаны источники питания.

где t_св — время работы источника питания; t_х.х — время холостого хода, вызываемое сменой электрода или подготовкой к наложению очередного шва.

При механизированных способах сварки источник питания отключается от сети на время паузы, тогда продолжительность включения, которой характеризуется режим работы источника питания, выражается зависимостью:

где t_п — время паузы. По действующим стандартам номинальные значения ПР и ПВ составляют 60 %.

Если источник питания используется при ПВ или ПР, отличном от паспортного, допустимая сила сварочного тока определяется по формуле:

где I_ном — номинальное значение сварочного тока; (ПР)_ном — номинальное значение продолжительности работы.

Источник: Псарас Г.Г. «Сварщику цветных металлов. Справочное пособие». Донецк, 1985

• Обозначение, назначение и классификация источников питания дуги
• Требования к источникам питания дуги