Вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ)

Статическая вольт-амперная характеристика дуги – показывает зависимость между установившимися значениями тока и напряжения дуги при постоянной ее длине. Электрическая дуга, как элемент цепи тока, обладает ярко выраженной нелинейностью, т. е. между ее током I и напряжением U нет пропорциональной связи. Зависимости U = f (I) при прочих неизменных условиях для таких элементов чаще всего изображаются в виде кривых, называемых вольт-амперными характеристиками (см. рис.).;Если величины U измерены в состояниях устойчивого равновесия разряда при разных токах, то характеристики называются статическими. Статическая характеристика дуги зависит от расстояния между электродами (длины дуги), материала электродов и параметров среды, в которой горит дуга.Построение вольт-амперных характеристик связано с большими трудностями не только из-за сложности измерения длины дуги между плавящимися электродами, но и поддержания неизменными прочих условий.

Статическая ВАХ имеет три области

• Первая область (I) характеризуется резким падением напряжения U на дуге с увеличением тока сварки I. Такая характеристика называется падающей и вызвана тем, что при увеличении тока сварки происходит увеличение площади, а следовательно, и электропроводности столба дуги.
• Во второй области (II) характеристики увеличения тока сварки не вызывают изменения напряжения дуги. Характеристика дуги на этом участке называется жесткой. Такое положение характеристики на этом участке происходит за счет увеличения сечения столба дуги, анодного и катодного пятен пропорционально величине сварочного тока. При этом плотность тока и падение напряжения на протяжении всего участка не зависят от изменения тока и остаются почти постоянными.
• В третьей области (III) с увеличением сварочного тока возрастает напряжение на дуге U. Такая характеристика называется возрастающей. При работе на этой характеристике плотность тока на электроде увеличивается без увеличения катодного пятна, при этом возрастает сопротивление столба дуги и напряжение на дуге увеличивается.

Зависимость напряжения на дуге от тока при быстром его изменении называется динамической вольт-амперной характеристикой

.
  При возрастании тока динамическая характеристика идет выше статической, так как при быстром росте тока сопротивление дуги падает медленнее, чем растет ток.

Для стабильного горения дуги необходимо, чтобы было равенство между напряжениями и токами дуги и источника питания.
  Источники питания с падающей и жесткой характеристиками применяют при ручной дуговой сварке, с возрастающей характеристикой – при полуавтоматической сварке, с жесткой и возрастающей – при автоматической сварке под флюсом и для наплавки.
  Устойчивое горение сварочной дуги возможно только в том случае, когда источник питания сварочной дуги поддерживает постоянным необходимое напряжение при протекании тока по сварочной цепи.

В представленных на сайте сварочных агрегатах Shindaiwa предусмотрена возможность переключения типа ВАХ – СС (крутопадающая) и CV (жесткая). За счет этого агрегаты могут использоваться для многих видов сварочных работ (DGW500DM DGW400DMK DGW310MC).

Дата публикации: 01 01 1970 г. ✎ 
Дата последнего изменения: 01 01 1970 г.

Статическая вольт-амперная характеристика дуги. Внешняя характеристика источника питания

Статическая характеристика дуги – это зависимость напряжения дуги от тока U_д = f(I_cв) при постоянной её длине (l_д = сonst).

Многочисленными исследованиями было установлено, что, хотя и есть отличия для различных дуг (несущественных), общим для всех дуг является то, что зависимость для дуги U

д = f(I_cв), – т.е. статическая характеристика дуги, – является нелинейной (рис. 1). Это отличает дугу от других потребителей энергии, например, резистора, который обладает линейной характеристикой (зависимость U = f(I)в соответствии с законом Ома линейна). Это связано с другим механизмом электропроводности в дуге, чем в металлах.

Лесков Г. И., например (см. рис.1.), показал, что характеристика U_д = f(I_cв) зависит от диаметра электрода. Однако, если перестроить этот график так, чтобы по оси абсцисс отложить значение плотности тока в электроде: j=I_св/(πd²/4),

(где d – диаметр электрода), тогда зависимостьU_д = f(j) для всех значений диаметра электрода одна и та же. По данным других исследователей для других дуг (сварка в СО₂, Ar и т.д.) имеет место аналогичная зависимость U_д = f(j) (см. рис. 2).

Вольт амперная статическая характеристика для всех дуг является U-образной. Такая форма характеристики дуги обусловлена, в основном, явлениями в столбе дуги и связана с размерами диаметра дуги (столба её), температуры и проводимости.

На участке I – падающая статическая характеристика дуги – по мере роста тока (точнее j). Темп роста числа носителей электричества в дуге опережает темп роста тока (интенсивнее возрастает). На участке II с ростом I

cв(j) пропорционально росту Iувеличивается проводимость дуги. На участке III – возрастающая статическая характеристика дуги – дуга ведёт себя как обычный резистивный элемент. Это связано с тем, что на участке III число носителей электричества не возрастает, т.е. образовались все возможные носители электричества и для увеличения тока (I) необходимо увеличивать энергию электрического поля между электродами, т.е. увеличивать напряжение дуги.

Статическую вольтамперную характеристику дуги снимают при установившемся горении дуги (длительном горении при заданных параметрах режима) при постоянной её длине. Строят характеристику по точкам, фиксируя значения I_cв, U

д (изменяя I_cв за счет регулировки источника питания). Вольтамперная характеристика дуги характеризует энергетические потребности дуги. На единицу тока в области I – уменьшается, в II – const, в III – растут.

Внешняя характеристика источника питания дуги (тоже вольтамперная) снимается при изменении активного или индуктивного сопротивления  нагрузки, включаемой вместо дуги. При этом измеряют напряжение на клеммах источника питания и ток в сварочной цепи. Внешние характеристики источников питания дуги могут быть возрастающими, жесткими, пологопадающими, крутопадающими и вертикальными (рис.3). Внешние характеристики источников питания дуги отражают энергетические возможности источников. При жесткой внешней характеристике эти возможности ограничиваются только расчётными параметрами сварочной цепи. При падающей внешней характеристике эти возможности источника с ростом I сначала возрастают, а при дальнейшем росте I снижаются.

Статическая вольт-амперная характеристика — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Статическая вольт-амперная характеристика

Cтраница 1

Статическая вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость между напряжением на рабочем теле терморезистора и проходящим через него током. На рис. 2.25, в показаны три характерные вольт-амперные характеристики терморезисторов, отличающиеся друг от друга формой, размерами и условиями их охлаждения. Такой различный характер вольт-амперных характеристик терморезисторов различных типов существенно расширяет области их применения.  [1]

Статические вольт-амперные характеристики основной ( /) и переходной ( II) форм дуги.  [2]

Статическая вольт-амперная характеристика ( ВАХ) — зависимость между протекающим через ПТР током и падением напряжения на нем при установившемся режиме нагрева — нелинейна.  [4]

Статическая вольт-амперная характеристика ( рис. 9 — 7) выражает зависимость падения постоянного напряжения на терморезисторе от проходящего через него постоянного тока. Начальный участок, в пределах которого из-за малости токов саморазогревом можно пренебречь, — линейный и соответствует области малых нагрузок.  [6]

Статическая вольт-амперная характеристика ( рис. 9 — 9) выражает зависимость тока через варистор от приложенного к нему напряжения. Получают ее осциллографиче-ским методом на переменном токе низко.  [8]

Статические вольт-амперные характеристики ( рис. 9 — 11 а) выражают зависимость постоянного тока протекающего через фоторезистор, от приложенного напряжения при фиксированных значениях освещенности.  [10]

Статические вольт-амперные характеристики ( ВАХ) биполярного транзистора фирмы NEC представлены на рис. 3.12. При увеличении Усе коллекторный ток / с сначала резко возрастает, а затем достигает насыщения. Параметром обычно берется не напряжение Уве, а базовый ток / в, как показано на рисунке. Незначительное изменение Уве так же, как и / в, сильно изменяет ВАХ транзистора. Однако, как следует из приведенных рассуждений, режим работы транзистора все же определяется не напряжением, а током.  [12]

Статическая вольт-амперная характеристика

для мгновенных значений и и i таких элементов показана на рис. 23 — 1, а. Характеристики полупроводниковых и электронных ( кенотронов) вентилей ближе к кривой, изображенной на рис. 23 — 1, о, а характеристики ртутных вентилей и газотронов имеют вид кривой на рис. 23 — 1, в. Ограничимся процессами при таких скоростях изменения тока, для которых можно считать, что динамическая вольт-амперная характеристика сопротивления совпадает со статической.  [13]

Статические вольт-амперные характеристики, представляющие собой зависимость между током через позистор и напряжением на нем в условиях теплового равновесия с внешней средой, имеют за счет саморазогрева выраженный участок с отрицательным сопротивлением. На рис. 11 — 18, в показаны вольт-амперные характеристики 1, 2 и 3 позистора СТ6 — 1Б ( R020 с — м) снятые в спокойном воздухе при температурах 20, 40 и 70 С соответственно.  [14]

Статическая вольт-амперная характеристика для мгновенных значений и и i таких элементов подобна кривой, представленной на рис. 23 — 1 а.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Статическая вольт-амперная характеристика — дуга

Статическая вольт-амперная характеристика — дуга

Cтраница 2

Чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо прежде всего изучить связь между так называемой статической вольт-амперной характеристикой дуги и внешней характеристикой источника питания. Необходимо также вспомнить материал § 55 и 54, в которых изложено об условиях зажигания дуги и подборе режимов для различных видов дуговой сварки.  [17]

Сварку в защитных газах выполняют тонкой электродной проволокой при больших плотностях тока, вследствие этого статическая вольт-амперная характеристика дуги имеет возрастающий характер. Поэтому в качестве источников питания сварочным током рекомендуется использовать сварочные генераторы с жесткой или возрастающей характеристикой, например ПСГ-350, ПСГ-500, ПСУ-500 и другие или сварочные выпрямители.  [18]

Процесс устойчивого горения дуги характеризуется точкой О ( рис. 24), лежащей на пересечении статической вольт-амперной характеристики дуги с внешней вольт-амперной характеристикой источника питания.  [20]

Это необходимо потому, что сварка ведется проволокой небольшого диаметра, плотность тока высокая ( участок III статической вольт-амперной характеристики дуги), напряжение дуги возрастает с увеличением тока. В противном случае процесс сварки неустойчив.  [21]

При этом значения входящих в это выражение величин Q и га должны быть выбраны таким образом, чтобы статическая вольт-амперная характеристика устойчивой дуги была эквивалентна характеристике, определяемой на основании экспериментальных исследований. Применяя эту концепцию, оказывается возможным получить вполне удовлетворительные уравнения, содержащие довольно простые соотношения между свойствами газа и его температурой. Отсюда получают четыре основных уравнения, описывающих данную модель дуги. С помощью этой модели дуги могут быть охарактеризованы значительно более сложные ее свойства, причем тем, кто занимается исследованием околонулевых процессов, свойства эти представляются весьма правдоподобными.  [22]

Внешней статической характеристикой является зависимость между установившимися значениями напряжения U на зажимах источника питания и силой тока / в сварочной цепи. Вид статических внешних характеристик источника питания связан с формой статических вольт-амперных характеристик дуги в области рабочих режимов, а при механизированной сварке — и со способом автоматического регулирования подачи электродной проволоки.  [23]

Индекс 0 указывает на то, что величина соответствует установившемуся режиму. Предельный случай, когда два решения сливаются в одно, определяет границу, отделяющую участки статической вольт-амперной характеристики дуги с устойчивым и неустойчивым горением дуги.  [25]

Зависимость между напряжением дуги [ 7Л, необходимым для поддержания устойчивого горения дуги, и током дуги / д называется статической вольт-амперной характеристикой дуги.  [26]

Следовательно, устойчивое горение дуги возможно только в точке В, где внешняя характеристика источника питания является более крутопадающей, чем статическая вольт-амперная характеристика дуги.  [27]

Описанный источник питания с триодом в сварочной цепи питается от трехфазного выпрямителя, собранного по схеме Ларионова. С целью уменьшения потерь энергии в триодах и повышения их надежности в цепь переменного тока включен трехфазный дроссель насыщения. Благодаря положительной обратной связи по току характеристика выпрямительного блока, состоящего из понижающего трансформатора, дросселя насыщения и вентилей, почти повторяет статическую вольт-амперную характеристику дуги и отличается от нее по величине напряжения на несколько вольт. Этот излишек напряжения падает на триодах. Поэтому при сравнительно высоком напряжении холостого хода потери энергии в триодах оказываются небольшими.  [28]

Страницы:      1    2

Статическая вольт-амперная характеристика дуги

Статическая ВАХ дуги

При различных величинах скорости сварки, в зависимости от напряжения зависимость сварочного тока будет различной.

1 область: — РДС

2 область: — сварка под слоем флюса

3 область: — сварке в среде защитных газов

Такие плотности тока характерны для определенных видов сварки. Чем больше температура катодного пятна, тем больше электронов и больше сварочный ток.

Когда увеличиваем ток, температура пятна растет. Количество электронов тоже резко возрастает и проводимость столба дуги растет быстрее, чем падение напряжения.

При дальнейшем увеличении тока в области 1, растет и площадь пятна катода.

Во 2 области вся площадь торца превращается в катодное пятно. Увеличение тока возможно только за счет увеличения температуры катода, проводимость растет пропорционально току, напряжение постоянно.

В 3 области при сварке в среде углекислого газа вынуждены применять сварочную проволоку значительно меньшего сечения, чем при сварке под флюсом, т.к. горелку сварщик держит в руках.

Металл закипает, повышение температуры на торце электрода невозможно, вся площадь занята площадью катода. Увеличить количество электронов за счет повышение температуры катода невозможно.

Чтобы возрастало количество энергии в дуге, возрастает падение напряжения и автоэлектронная эмиссия преволирует над термоэлектронной за счет увеличения напряжения на дуге.

В связи с наличием 3-х областей статической характеристик дуги и их соответствия определенным способам сварка каждому из этих способов необходимо формировать специальную характеристику источника питания для того чтобы дуга горела стабильно и условия возбуждения были доступны.

Статическая устойчивость системы
«источник питания-сварочная дуга»

В устойчивом состоянии дуговой разряд происходит непрерывно в течении заданного периода времени при заданном токе и напряжении дуги.

Устойчивость горения и стабильность режима сварки зависит как от физико-химических условий существования дугового разряда, так и от свойств и параметров источника питания.

Рассмотрим влияние свойств и параметров источника питания на устойчивость дуги и определим требования к характеристикам источника питания с учетом свойств дуги.

Для случая когда в системе « ИП-дуга» происходит незначительное отклонение от состояния равновесия.

Для анализа примем, что источник питания обладает электромагнитной инерцией, обусловленной только индуктивностью сварочной цепи и не будем учитывать явление саморегулирования дуги с плавящимся электродом.

Запишем для этой схемы динамическое уравнение равновесия. Источник питания является генератором энергии, которая расходуется на горение дуги и плавления металла.

(1)

Так как в процессе горения дуги сварочный ток меняется от величины короткого замыкания до рабочего и даже более меньших значений, то на индуктивность сварочной цепи будет падение напряжения.

Допустим , что в момент времени t=0 произойдет отклонение тока от рабочего:

и величина тока станет равной

— текущее отклонение величины сварочного тока , которая является функцией времени.

Подставим в уравнение (1) текущее отклонение тока, тогда

, (2)

,

,

Из графика видно. что уравнение (1) можно записать

, (3)

,
Выражение (3) подставим в формулу (2)

С учетом, что в левой и правой части уравнения сократятся значение получим в левой части:

,

Перенесем все в левую часть и получим:

,

Обозначим выражение в скобках

— коэффициент устойчивости системы

(5)

Это нелинейное уравнение при условии, что рассматриваем очень небольшое изменение и на этом участке функции линейные, тогда корнями уравнения являются:

, тогда

Это требование является абсолютным, но не достаточным.

Выражение графически определяется как касательная к графику функции, проведенной через точку пересечения.

Абсолютные значения равны тангенсу угла наклона касательной

,

,

Представим себе что функция и и на рассматриваемом очень малом отрезке, эти функции линейны

Источник напряжения – источник питания ИП (U)

Источник питания выдает напряжения на величину большую, чем нужное необходимое для горения дуги:

, где R – сопротивление дуги

Из-за разницы в напряжении, ток в системе будет прирастать на и это будет до тех пор, пока разница между напряжениями не выравнивается и система не придет в исходное состояние.

Допустим, что ток в дуге возрос и стал

В этом случае источник питания выдает напряжение меньше, чем нужно для поддержания горения дуги

дуге не хватает напряжения и она начинает угасать, т.е. ток дуги изменяется в сторону уменьшения и это будет пока , т.е. пока система не придет в точку А0.

Поэтому инженеры для РДС проектируют источники питания именно с характеристикой падающей формы.

Если рассмотрим т. А1- в случае уменьшения величины тока Ш источник питания будет выдавать напряжения, меньше. чем нужно для поддержания горения дуги.

В случае увеличения тока относительно т. А1, он будет возрастать. пока система не придет в точку А0.

Условие является абсолютным для всех способов сварки и областей статической характеристики дуги, но не достаточным.

Также по теме:

Дуга переменного тока. Горение дуги на переменном токе.

Режимы работы источника питания. Режимы ИП для РДС.

Вольт-амперная характеристика дуги | svarnoy.info

В установившейся сварочной дуге различают три зоны: катодную, анодную и столба дуги. Катодная зона глубиной около 10^-5 см, так называемое катодное пятно, расположена на торце катода. Отсюда вылетает поток свободных электронов, ионизирующих дуговой промежуток. Плотность тока на катодном пятне достигает 60…70 А/мм2. К катоду устремляются потоки положительных ионов, которые бомбардируют его и отдают свою энергию, нагревая его до температуры 2500…3000°С.

Анодная зона, называемая анодным пятном, расположена на торце анода. К анодному пятну устремляются и отдают свою энергию потоки электронов, накаляя его до температуры 2500…4000°С. Столб дуги, расположенный между катодной и анодной зонами, состоит из раскаленных и ионизированных частиц. Температура в этой зоне достигает 6000…7000°С в зависимости от плотности сварочного тока.

В начальный момент для возбуждения дуги необходимо несколько большее напряжение, чем при ее последующем горении. Это объясняется тем, что при возбуждении дуги воздушный зазор недостаточно нагрет, степень ионизации невысокая и необходимо напряжение, способное сообщить свободным электронам такую энергию, чтобы при их столкновении с атомами газового промежутка могла произойти ионизация. Увеличение концентрации свободных электронов в объеме дуги приводит к интенсивной ионизации дугового промежутка, а отсюда к повышению его электропроводности. Вследствие этого напряжение падает до значения, необходимого для устойчивого горения дуги.

Зависимость напряжения дуги от тока и сварочной цепи называют статической вольт-амперной характеристикой дуги.

Вольт-амперная характеристика дуги

Вольт-амперная характеристика дуги (см. рис. а) имеет три области: падающую 1, жесткую 2 и возрастающую 3. В области 1 (до 100 А) с увеличением тока напряжение значительно уменьшается. Это происходит в связи с тем, что при повышении тока увеличивается поперечное сечение, а следовательно, и проводимость столба дуги. В области 2 (100… 1000 А) при увеличении тока напряжение сохраняется постоянным, так как сечение столба дуги и площади анодного и катодного пятен увеличиваются пропорционально току. Область характеризуется постоянством плотности тока. В области 3 напряжение возрастает вследствие того, что увеличение плотности тока выше определенного значения не сопровождается увеличением катодного пятна ввиду ограниченности сечения электрода. Дуга области 1 горит неустойчиво и поэтому имеет ограниченное применение. Дуга области 2 горит устойчиво и обеспечивает нормальный процесс сварки.

Вольт-амперная характеристика дуги при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали (см. рис. б) представлена в виде кривых а (длина дуги 2 мм) и б (длина дуги 4 мм). Кривые в (длина дуги 2 мм) и г (длина дуги 4 мм) относятся к автоматической сварке под флюсом при высоких плотностях тока.

 

Требования к источникам питания дуги

Источник питания дуги должен обеспечивать легкое и надежное возбуждение дуги, устойчивое ее горение в установившемся режиме, регулирование мощности (тока).

Для возбуждения дугового разряда между электродом и свариваемым изделием к ним необходимо подвести напряжение, значение которого зависит от расстояния между электродами и состояния газов в дуговом промежутке. Для возбуждения дуги в атмосфере воздуха даже при небольшом расстоянии между электродом и свариваемым изделием, измеряемом несколькими миллиметрами, требуется очень высокое напряжение, порядка тысяч вольт. Если газы в дуговом промежутке частично ионизировать, то для возбуждения дуги требуется напряжение, близкое к напряжению стабильного горения дуги. При горении в атмосферных условиях это напряжение составляет 20-30 В.

В момент возбуждения дуги кратковременным замыканием электрода на изделие или высокочастотным разрядом в дуговом промежутке появляются пары металла и ионизированный газ. При наличии напряжения, близкого к напряжению зажигания дуги, произойдет ее возбуждение (рис. 17.1). Время восстановления напряжения τ_в от короткого замыкания U_K до напряжения, равного напряжению возбуждения U₃, должно быть минимальным, не более 0,05 с.

Рис. 17.1. Характерные изменения напряжения и тока дуги при сварке плавящимся электродом (τк — время короткого замыкания; τв — время возбуждения; τг — время устойчивого горения дуги) Надежное возбуждение дуги связано также с оптимальной скоростью нарастания тока короткого замыкания в начальный момент до пикового Iпк, а затем до установившегося Iк значения. При больших скоростях нарастания тока короткого замыкания наблюдается взрывной характер оплавления электрода; при малых скоростях затрудняется образование ионизированного промежутка между электродом и свариваемым изделием.

Для стабильного горения дуги требуется равенство тока и напряжения дуги току и напряжению источника питания:

I_д = I_и; U_д = U_и

Кроме того, необходимо соответствие внешней вольт-амперной характеристики источника и статической вольт-амперной характеристики дуги (рис. 17.2). В точках их пересечения наблюдается равенство значении тока и напряжения источника и дуги. Для решения вопроса об устойчивости горения дуги в точках пересечения необходимо рассмотреть условия горения при небольших отклонениях тока от равновесия.

Рис. 17.2. Внешние вольт-амперные характеристики источников (а — падающие; б — жесткие; в — возрастающие) и статические вольт-амперные характеристики дуги

Если при горении дуги в точке А произошло уменьшение тока (I_{A min}А), то для поддержания дугового разряда, согласно статической вольт-амперной характеристике дуги, требуется более высокое напряжение. Его величина становится больше, чем может дать источник при этом же токе (—∆U_и). В связи с этим произойдет дальнейшее самопроизвольное снижение тока (IА→0), и дуга погаснет.

Следовательно, в точке А дуга  стабильно  гореть не может. В точке В при снижении тока напряжение источника оказывается большим (∆U_и), чем это необходимо для горения дуги по статической вольт-амперной характеристике. Благодаря этому произойдет самопроизвольное увеличение тока (I_{B min}B), и процесс горения вернется в точку В.

Увеличение тока в точке В приведет к возрастанию напряжения, необходимого для горения дуги. Источник питания при этих же значениях тока дуги дает меньшее напряжение (—∆U_и). Это вызовет самопроизвольное снижение силы тока (I_{B max}B), и горение дуги снова переместится в точку В. Следовательно, точки В пересечения вольт-амперных характеристик являются точками устойчивого горения дуги. Для этих точек может быть записано неравенство в дифференциальной форме:

Обычно условия устойчивого горения дуги записывают в следующем виде:

где U_д, U_и — напряжение дуги и источника в установившемся режиме; I_д, I_и — ток дуги и источника в установившемся режиме; К_у — общее  динамическое сопротивление дуги и источника.

Анализ зависимостей, приведенных на рис. 17.2, позволяет сделать  ряд  принципиальных выводов.

1. Если статическая вольт-амперная характеристика дуги падающая (dU_д/dIи/dI рис. 17.2, а, точка В»)
   (dU_и/dI)_p>(dU_д/dI)_p.
2. При наличии жесткой статической вольт-амперной характеристики дуги (dU_д/dI = 0) источник питания и в этом случае должен иметь падающую внешнюю характеристику (dU_и/dI рис. 17.2, а, точка В’).
3. Для устойчивого горения дуги с возрастающей статической вольт-амперной характеристкой (dU_д/dI >0) принципиально могут быть использованы источники питания с любой внешней характеристикой (рис. 17.2, точка В). Исключение составляют источники с возрастающей вольт-амперной характеристикой, крутизна подъема должна быть меньшей по сравнению с крутизной  подъема статической  характеристики дуги (рис. 17.2, в):
   
4. Источники питания с падающими вольт-амперными характеристиками принципиально пригодны для многих способов дуговой сварки.
5. Источники питания дуги с жесткими и возрастающими вольт-амперными характеристиками имеют ограниченное применение и могут быть использованы только для сварочных дуг с возрастающей статической вольт-амперной характеристикой.

Окончательно внешнюю характеристику источника выбирают исходя из анализа конкретных условий ведения процесса дуговой сварки.

Источник питания дуги должен удовлетворять и ряду технологических требований. Прежде всего, источник должен легко настраиваться на требуемый режим сварки. Для этих целей в источниках необходимы регулирующие устройства, позволяющие получать семейство внешних вольт-амперных характеристик (рис. 17.3). Для некоторых способов сварки большое значение имеет возможность дистанционной настройки режима работы источника.

Рис.17.3. Граничные внешние вольт-амперные характеристики источников питания дуги: а — падающие; б — жесткие; в — возрастающие (l — длина дуги)

Совершенствование способов и технологии дуговой сварки предъявляет к источникам разнообразные и многочисленные требования. Например, источники питания для сварки вольфрамовым электродом целесообразно снабжать осцилляторами для зажигания дуги без применения короткого замыкания, устройствами для плавного, регулируемого по времени нарастания тока при зажигании дуги и гашения ее при окончании автоматической сварки.

При выборе внешней вольт-амперной характеристики источника прежде всего необходимо соблюдать условия устойчивого горения дуги, выраженные зависимостями (17.1) и (17.2). Однако даже при соблюдении этих условий стабильность горения дуги может быть повышена при выборе наиболее рациональной формы вольт-амперной характеристики источника, определяемой из рассмотрения  конкретных  условий  ведения  процесса  сварки.

При дуговой сварке покрытыми электродами и вольфрамовым электродом часто происходит изменение длины дуги. При ручной сварке эти изменения связаны с выполнением швов в труднодоступных местах и квалификацией сварщика. При сварке вольфрамовым электродом удлинение дуги возможно за счет его оплавления.

Колебания длины дуги при названных способах сварки должны приводить к незначительным изменениям сварочного тока. В противном случае будет наблюдаться существенная разница в геометрических размерах сварочной ванны и шва.

Сварку покрытыми электродами и вольфрамовым электродом выполняют на небольших плотностях тока. Статическая вольт-амперная характеристика дуги имеет падающую форму (dU_д/dI рис. 17.4):

∆I_1к1п;   ∆I_2к2п,

где ∆I_к и ∆I_п — изменение тока соответственно при крутопадающей и пологопадающей вольт-амперной характеристике источника.

Рис. 17.4. Влияние крутизны падения вольт-амперной характеристики источника на изменение сварочного тока (l, l1,l2 — длины дуг; l): К — крутопадающая; П — пологопадающая При механизированной сварке плавящимся электродом под флюсом (по флюсу) и в среде, защитных газов требуется автоматическое поддержание основных параметров дуги — тока и напряжения. Для этих целей используют саморегулирование дуги. Оно заключается в изменении скорости плавления электродной проволоки при колебаниях длины дуги. Сущность процесса саморегулирования ясна из графической зависимости, приведенной на рис. 17.5. Длина дуги при сварке изменяется от l1 до l2. Скорость подачи электродной проволоки  постоянна.

Рис. 17.5. Зависимость изменения тока от колебаний длины дуги (сплошная линия — вольт-амперная характеристика источника) В установившемся режиме (при lд = l) скорость подачи проволоки υпр равна скорости ее плавления υпл. При уменьшении длины дуги (lд = l2 и l2l2 > Il). Благодаря этому увеличивается скорость плавления электрода, и заданная длина дуги восстанавливается (l2→l). При увеличении длины дуги (lд = l1 и l1>l) будет наблюдаться обратный процесс. Произойдет уменьшение сварочного тока (Il1l) и соответственно скорость плавления электрода. Длина дуги сократится, и ее горение переместится из l1, в l (l1→l). Саморегулирование дуги особенно эффективно при сварке па больших плотностях тока и протекает тем активнее, чем больше изменения тока при колебаниях длины дуги.

Рис. 17.6. Влияние формы внешней характеристики источника на изменение тока при колебаниях длины дуги При механизированной и автоматической сварке самозащитной порошковой проволокой, а также в среде защитных газов под флюсом донкой проволокой статическая характеристика дуги подрастающая. Для питания дуги принципиально пригодны источники с падающими П, жесткими Ж и возрастающими В вольт-амперными характеристиками. Однако наибольшее изменение сварочного тока при колебаниях длины дуги, необходимое для активизации процесса саморегулирования, будет наблюдаться при выборе источника питания с возрастающими вольт-амперными  характеристиками (рис. 17.6): ∆I1в> ∆I1ж> ∆I1п,    ∆I2в> ∆I2ж> ∆I2п. На практике применяют главным образом источники питания с пологопадающими и жесткими вольт-амперными характеристиками.

Характеристики источника сварочного тока

Прочитав эту статью, вы узнаете о характеристиках источника сварочного тока: — 1. Вольт-амперные характеристики источника сварочного тока 2. Внешние статические вольт-амперные характеристики источника сварочного тока 3. Характеристики постоянного тока 4. Постоянный ток Вольт-амперные характеристики 5. Динамические вольт-амперные характеристики.

Вольт-амперные характеристики источника сварочного тока:

Все источники сварочного тока имеют два типа рабочих характеристик, а именно., статическая характеристика и динамическая характеристика. Статическую выходную характеристику можно легко определить, измерив установившееся выходное напряжение и ток обычным методом нагрузки с помощью переменных резисторов. Таким образом, кривая, показывающая выходной ток в зависимости от выходного напряжения для данного источника питания, составляет его статическую характеристику.

Динамическая характеристика источника питания для дуговой сварки определяется путем регистрации переходных изменений сварочного тока и напряжения дуги, возникающих в течение короткого интервала времени.Таким образом, он описывает мгновенные изменения, происходящие в течение короткого промежутка времени, скажем, миллисекунды. Стабильность дуги определяется комбинированным взаимодействием статических и динамических вольт-амперных (V-I) характеристик источника сварочного тока.

Внутренний переходный характер сварочной дуги является основной причиной большого значения динамических характеристик источника питания для дуговой сварки. Большинство сварочных дуг имеют постоянно меняющиеся условия, которые в основном связаны с зажиганием дуги, переносом металла от электрода в сварочную ванну, а также гашением и повторным зажиганием дуги в течение каждого полупериода сварки на переменном токе.Переходный характер сварочной дуги также связан с изменением длины дуги, температуры дуги и характеристиками электронной эмиссии катода.

Скорость изменения напряжения и тока в процессах дуговой сварки настолько высока, что статическая вольт-амперная характеристика источника питания вряд ли может иметь какое-либо значение для прогнозирования динамических характеристик сварочной дуги.

Однако производитель предоставляет только статические вольт-амперные характеристики источника сварочного тока.Хотя они не могут описать характер поведения источника энергии в отношении его динамического отклика, они имеют большое значение для определения общего отклика при управлении параметрами процесса.

Внешние статические вольт-амперные характеристики источника сварочного тока:

Очень важной характеристикой любого источника питания для дуговой сварки является его внешняя статическая вольт-амперная характеристика. Это кривая, связывающая напряжение источника со сварочным током.Кривая вольт-амперной характеристики источника сварочного тока получается путем измерения выходного напряжения и тока при статической нагрузке на него чисто резистивной нагрузкой, которая изменяется от минимальной или нулевой нагрузки до максимальных условий или условий короткого замыкания. Внешняя статическая характеристика источника сварочного тока зависит от области применения, для которой он предназначен.

На рис. 4.1 показаны различные типы вольт-амперных характеристик, используемых для источников сварочного тока. Как правило, все эти V-I характеристики классифицируются по четырем категориям, а именно., круто падающие, постепенно падающие, плоские и восходящие характеристики, которые используются, соответственно, для ручной дуговой сварки, дуговой сварки под флюсом, полуавтоматической газовой дуговой сварки и автоматической газовой дуговой сварки.

Рис. 4.1 Статические вольт-амперные характеристики различных типов сварочных источников питания

К этим четырем типам также относятся и другие процессы дуговой сварки. Тем не менее, довольно часто источники сварочного тока с падающими характеристиками V-I рассматриваются как обычные машины или машины постоянного тока, а источники сварочного тока с плоскими или почти плоскими характеристиками V-I — как машины с постоянным напряжением или постоянным потенциалом.

Дальнейшее их обсуждение следует под этими двумя заголовками:

Характеристики постоянного тока источника сварочного тока:

Обычный источник питания для дуговой сварки известен как аппарат постоянного тока (CC). Он имеет падающую вольт-амперную характеристику и широко используется при дуговой сварке экранированного металла.

Кривая постоянного тока показывает, что источник сварочного тока вырабатывает максимальное выходное напряжение без нагрузки, а по мере увеличения нагрузки выходное напряжение уменьшается.Максимальное напряжение холостого хода или холостого хода обычно составляет 100 вольт.

Источник питания постоянного тока может иметь выход постоянного или переменного тока. Помимо SMAW, он используется для дуговой сварки углем, газовой вольфрамовой дуги, плазменной сварки и приварки шпилек. Его также можно использовать для непрерывных процессов с использованием проволоки относительно большого диаметра, например, для дуговой сварки под флюсом.

Источники сварочного тока постоянного тока могут также использоваться для некоторых автоматических сварочных процессов.Это требует использования механизма подачи проволоки и средств управления для дублирования движений сварочного аппарата для инициирования и поддержания дуги, что обычно достигается с помощью сложной системы обратной связи для контроля напряжения дуги для контроля длины дуги.

До недавнего времени источники постоянного тока редко использовались для сварки проволокой очень малого диаметра. Однако в настоящее время разработаны источники питания для дуговой сварки с истинной вольт-амперной статической характеристикой постоянного тока, как показано на рис. 4.2, которые могут использоваться с проволокой малого диаметра в пределах обычно используемого диапазона напряжения дуги.

Сварщик, использующий этот тип аппарата, практически не может контролировать сварочный ток путем изменения длины дуги, поскольку это изменение не влияет на него. Это является хорошим преимуществом для дуговой сварки вольфрамовым электродом, поскольку изменение длины дуги в этом процессе ограничено. Он также широко используется при дуговой сварке металлическим электродом в газовой среде, где он используется для обеспечения распылительного режима переноса металла с низким средним током.

Это осуществляется источником питания, который может быть запрограммирован на переключение с низкого или фонового тока на пиковый или импульсный ток, чтобы влиять на отделение капель за счет увеличения скорости плавления в сочетании с усиленным пинч-эффектом.Это называется импульсной сваркой.

При сварке импульсным током два уровня тока, как показано на рис. 4.3, с желаемыми периодами времени, которые могут быть установлены для достижения необходимого среднего сварочного тока Сварка импульсным током становится все более популярной как при сварке вольфрамовым электродом, так и при газовой дуговой сварке металлическим электродом.

Характеристики постоянного напряжения источника сварочного тока :

Источник сварочного тока с постоянным напряжением (CV) имеет по существу плоскую вольт-амперную характеристику, хотя обычно с небольшим спадом.Кривая может быть сдвинута вверх или вниз для изменения напряжения, как показано на рис. 4.4. Напряжение, однако, никогда не поднимется до уровня OCV, как в источнике сварочного тока на постоянном токе.

Рис. 4-4 Различные вольт-амперные кривые источников питания постоянного напряжения

Это одна из причин, по которой источник сварочного тока с постоянным напряжением не используется для ручной дуговой сварки металлическим электродом с покрытием электродами, поскольку для зажигания дуги требуется более высокий OCV. Источники сварочного тока с вольт-амперными характеристиками постоянного напряжения фактически используются только для непрерывной сварки электродной проволокой, такой как газовая дуговая сварка.

Вольт-амперная характеристика источника питания постоянного тока рассчитана на получение почти одинакового напряжения без нагрузки и при номинальной или полной нагрузке. Он имеет V-I характеристику, как у стандартного промышленного генератора электроэнергии. Если нагрузка в цепи изменяется, источник питания автоматически регулирует свой выходной ток в соответствии с требованиями и поддерживает практически такое же напряжение на выходных клеммах. Таким образом, эта система обеспечивает саморегулирующуюся дугу на основе предварительно заданной скорости подачи проволоки и источника питания постоянного напряжения.

Упрощенные элементы управления устраняют сложную схему и реверсирование двигателя привода подачи проволоки для инициирования или поддержания стабильной сварочной дуги.

Источник сварочного тока с постоянным напряжением обеспечивает необходимый ток, так что скорость плавления электрода равна скорости подачи проволоки. Длина дуги предварительно устанавливается путем настройки напряжения на источнике питания, а сварочный ток регулируется путем регулировки скорости подачи проволоки.

Вольт-амперная характеристика источника сварочного тока должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить стабильную дугу для GMAW с использованием проволоки разного диаметра и металла в сочетании с разными защитными газами.Большинство источников сварочного тока с постоянным напряжением снабжены средствами регулировки наклона кривой V-I.

Было обнаружено, что кривые V-I с наклоном от 1-5 до 2 вольт / 1004 лучше всего подходят для GMAW цветных металлов, дуговой сварки под флюсом и для дуговой сварки порошковой проволокой с использованием электродной проволоки большего диаметра. Кривая со средним наклоном от 2 до 3 В / 100 А является предпочтительной для CO ₂ , дуговой сварки металлическим электродом в защитных газах и для порошковой электродной проволоки малого диаметра.Более крутой наклон от 3 до 4 вольт / 100 А полезен для передачи короткого замыкания. Эти три типа наклонов показаны на рис. 4.5. При одинаковом изменении напряжения дуги, чем пологие кривая, тем больше изменение сварочного тока.

Рис. 4-5 Различные наклоны, используемые в источниках сварочного тока с постоянным напряжением

Необходимо тщательно спланировать динамическую характеристику источника питания постоянного напряжения. Из-за резкого изменения напряжения при коротком замыкании ток имеет тенденцию быстро увеличиваться до очень высокого значения.Это преимущество при зажигании дуги, но может вызвать нежелательное разбрызгивание.

Тем не менее, им можно управлять, добавляя в цепь реактивное сопротивление или индуктивность. Это приводит к изменению временного фактора или времени отклика и приводит к стабильной дуге. В большинстве источников сварочного тока в цепь включена разная величина индуктивности для разных углов наклона. Для этого в системе предусмотрен реактор переменного тока.

Сварочная система с постоянным напряжением имеет наибольшее преимущество, когда плотность тока электродной проволоки высока.Принцип постоянного напряжения сварки обычно не используется с переменным током. Хотя его можно использовать для дуговой сварки под флюсом и электрошлаковой сварки, но он не пользуется популярностью в этих процессах. Его не следует использовать для дуговой сварки в среде защитного металла, поскольку это может привести к перегрузке и повреждению источника питания из-за слишком длительного потребления слишком большого тока.

Выбор статической вольт-амперной характеристики для процесса сварки:

В основном существует четыре типа статических вольт-амперных характеристик, которые могут быть включены в источник сварочного тока, в зависимости от процесса, для которого они будут использоваться.

Эти четыре типа характеристик V-I следующие:

1. Тип круто понижения,

2. Постепенно поникающий тип,

3. Fiat или постоянного напряжения, и

4. Тип повышенного напряжения.

Характеристики всех этих типов источников питания с наложенными на них вольт-амперными характеристиками сварочной дуги показаны на рис. 4.6.

Рис. 4.6 Вольт-амперные характеристики различных источников сварочного тока и сварочной дуги

1.Круто падающая V-образная характеристика:

Сварочный источник питания с круто падающей вольт-амперной характеристикой имеет высокое напряжение холостого хода и низкий ток короткого замыкания, как показано кривой 1 на рис. 4.6. Очевидно, что при изменении длины дуги от L — δ L до L + δ L изменение тока очень мало.

Этот тип вольт-амперной характеристики лучше всего подходит для SMAW, то есть ручной дуговой сварки металла покрытыми электродами, поскольку небольшое изменение длины дуги из-за собственного движения руки человека во время операции сварки не повлияет на скорость плавления электрода. .Кроме того, высокое напряжение холостого хода обеспечивает легкое зажигание и поддержание сварочной дуги.

2. Постепенно ослабевающая характеристика V-I:

Источник питания с постепенно падающей статической вольт-амперной характеристикой, как показано кривой 2 на рис. 4.6, может обеспечивать высокий ток короткого замыкания, необходимый для дуговой сварки под флюсом толстыми электродами, особенно для электродов диаметром более 3,5 мин. Источник питания с таким типом вольт-амперной характеристики требует некоторой техники зажигания дуги, аналогичной методам прикосновения и вытягивания, используемым для SMAW, или, в качестве альтернативы, можно использовать стальную вату для обеспечения кратковременного короткого замыкания между электродом и заготовкой.

Напряжение холостого хода может быть немного ниже, чем в случае крутого спада ВАХ. Эта особенность помогает обеспечить своего рода саморегулирование длины дуги во время сварки, поскольку при одинаковом изменении длины дуги изменение тока дуги значительно больше, чем в случае круто падающей вольт-амперной характеристики.

3. Плоский V-I Характеристика:

В источнике сварочного тока с постоянным напряжением при небольшом изменении длины дуги происходит большое изменение сварочного тока, что делает его довольно чувствительным и, следовательно, помогает поддерживать постоянную длину дуги с, как следствие, постоянным качеством сварных швов.Это обычно называется саморегулированием длины дуги и является важным требованием для успешной дуговой сварки металлическим газом.

Изменение длины дуги неизбежно, особенно при полуавтоматической сварке GMAW, поэтому статическая вольт-амперная характеристика постоянного напряжения очень полезна для процессов сварки тонкой проволокой. Однако плоская V-I характеристика, показанная кривой 3 на рис. 4.6, не является действительно плоской, а обычно падает при 1-3 вольтах на 100 ампер. Все источники сварочного тока с плоскими характеристиками V-I почти всегда относятся к типу трансформатор-выпрямитель, а полярность положительного электрода (ep) обычно используется.

4. Восходящая V-образная характеристика :

В источнике сварочного тока с нарастающей вольт-амперной характеристикой наблюдается увеличение тока с увеличением напряжения, как показано кривой 4 на рис. 4.6. Эта характеристика V-I основана на небольшом изменении характеристики постоянного напряжения. Преимущество нарастающей ВАХ по сравнению с плоской характеристикой состоит в том, что по мере увеличения скорости подачи проволоки требования к силе тока возрастают, а также автоматически увеличивается напряжение.Эта функция помогает поддерживать постоянную длину дуги даже в случае короткого замыкания. Возрастающая характеристика V-I адаптируется в основном к полностью автоматическим процессам.

Динамические вольт-амперные характеристики источника сварочного тока :

Динамическая характеристика источника сварочного тока — это соотношение между напряжением дуги и соответствующим сварочным током при их изменении от одного момента к другому, как показано на рис. 4.7.

Крайне важно знать характер динамических характеристик, чтобы определить скорость нарастания тока после короткого замыкания, которая влияет на скорость плавления электрода и сварочные брызги.

Динамические характеристики V-I получаются путем регистрации вольт-амперных переходных процессов во время фактической работы источника питания. По динамическим ВАХ можно определить режим переноса металла для заданного набора параметров сварки.

Задача 1:

Характеристика длины дуги-напряжения дуги постоянного тока определяется уравнением V = 24 + 41, где V — напряжение дуги, а I — длина дуги в мм. Статическая вольт-амперная характеристика источника питания аппроксимируется прямой линией при напряжении холостого хода 80 вольт и токе короткого замыкания 600 ампер. Определите оптимальную длину дуги для максимальной мощности.

Решение :

Задача 2:

Статическая вольт-амперная характеристика источника сварочного тока определяется параболическим уравнением

I ² = — 500 (В — 80)

, а характеристика дуги представлена ​​уравнением прямой линии

I = 23 (В-18).

Определить,

(а) мощность стабильной дуги,

(b) Если длина дуги (I) и напряжение дуги (V) связаны выражением V = 20 + 4-5, я определяю оптимальную длину дуги для максимальной мощности.

(c) Если конвективные и радиационные потери для дуги в (b) составляют 15% мощности дуги, тогда определите, будет ли выгодно иметь длину дуги 4 мм, при этом эти потери составляют только 20% от потерь для дуги. дуга в (б). Кратко прокомментируйте эти два случая.

Решение:

(a) Для дуги:

(b) Для дуги:

Из сравнения (v) и (vi) очевидно, что полезная мощность для дуги длиной 4 мм будет выше, чем при длине дуги 7-4 мм. Следовательно, следует предпочесть I = 4 мм.

Задача 3:

Определить изменение сварочного тока при изменении длины дуги от 4 мм до 5 мм для источников питания со следующими статическими вольт-амперными характеристиками:

(i) I ² = — 400 (В — 100)

(ii) I ² = — 8000 (V — 80)

(iii) V = 48 — (I ^1.05 /50)

(iv) V = 30 + (l ^1,05 /50)

Предположим, что длина дуги (l) и напряжение дуги (V) связаны выражением V = 20 + 4l.

Решение :

Статическая вольт-амперная характеристика дуги. Внешняя характеристика источника питания

Статическая характеристика дуги — это зависимость напряжения дуги от тока U = f (I _c ) при постоянной длине (l = сonst).

Многочисленными исследованиями установлено, что, хотя есть различия для разных дуг (несущественные), общим для всех дуг является то, что зависимость для дуги U = f (I _c ) — статическая характеристика дуги нелинейна (рис. 1). Эта дуга отличается от других потребителей энергии, например, резистора, имеющего линейную характеристику (U = f (I) зависимость по закону Ома линейная). Это связано с другим механизмом электропроводности в дуге, чем в металлах.

Лесков Г. Я, например (см. Рис. 1.) показал, что характеристика U = f (I _c ) зависит от диаметра электрода. Однако, если этот график перестроить так, чтобы плотность тока в электроде откладывалась по оси абсцисс: j = I _св / (πd ² /4),

(где d — диаметр электрода), то зависимость U = f (j) для всех значений диаметра электрода одинакова.По данным других исследователей, для аналоговых дуг (сварка в CO ₂ , Ar и др.) Существует аналогичная зависимость U = f (j) (см. Рис. 2).

Вольт-амперная характеристика для всех дуг U-образная. Такая форма характеристики дуги в основном обусловлена ​​явлениями в столбе дуги и связана с размерами диаметра дуги (ее столба), температурой и проводимостью.

В секции I падающая статическая характеристика дуги по мере увеличения тока (точнее j).Скорость роста количества носителей электричества в дуге быстрее скорости роста тока (увеличивается интенсивнее). На II участке с увеличением I _{c ×} (j) пропорционально росту I проводимость дуги увеличивается. В III разделе возрастает статическая характеристика дуги — дуга ведет себя как нормальный резистивный элемент. Это связано с тем, что в III секции количество носителей электроэнергии не увеличивается.Были сформированы все возможные носители электричества и для увеличения тока (I) необходимо увеличивать энергию электрического поля между электродами, увеличивать напряжение дуги.

Статическая вольт-амперная характеристика дуги снимается при устойчивом горении дуги (длительное горение при заданных параметрах режима) при постоянной длине дуги. Построить характеристику по точкам, зафиксировав значения I _{c ×} , U (изменив I _{c на} путем регулировки источника питания).Вольт-амперная характеристика дуги характеризует потребность дуги в энергии. Единичный ток в I секции — уменьшается, во II — const, в III — растет.

Внешняя характеристика источника питания дуги (также вольт-амперная) удаляется, когда вместо дуги включается активное или индуктивное сопротивление нагрузки. Он измеряет напряжение на клеммах источника питания и ток в сварочной цепи. Внешние характеристики источников питания дуги могут быть нарастающими, жесткими, плавно падающими, круто падающими и вертикальными (рис.3). Внешние характеристики источников питания дуги отражают энергетические возможности источников. При жесткой внешней характеристике эти возможности ограничиваются только конструктивными параметрами сварочной цепи. При падающей внешней характеристике эти возможности источника с увеличением I сначала увеличиваются, а при дальнейшем увеличении I — уменьшаются.

Характеристики источника питания

— TWI

Основная задача источника питания для дуговой сварки — подавать регулируемый сварочный ток при напряжении, требуемом для процесса сварки.К процессам дуговой сварки предъявляются различные требования в отношении средств управления, необходимых для обеспечения требуемых условий сварки, которые, в свою очередь, влияют на конструкцию источника питания. Чтобы понять, как требования процессов влияют на конструкцию источника питания, необходимо понимать взаимодействие источника питания и характеристик дуги.

Если зависимость напряжения сварочной дуги при различной длине дуги от сварочного тока, то кривые, показанные на рис.1. Наибольшее напряжение — это напряжение холостого хода источника питания. После зажигания дуги напряжение быстро падает, поскольку газы в дуговом промежутке становятся ионизированными и становятся электропроводными, электрод нагревается и размер столба дуги увеличивается. Сварочный ток увеличивается по мере падения напряжения до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой соотношение напряжение / ток становится линейным и начинает соответствовать закону Ома. Из рисунка 1 важно отметить, что при изменении длины дуги изменяются и напряжение, и сварочный ток — более длинная дуга дает более высокое напряжение, но с соответствующим падением сварочного тока и наоборот.Эта характеристика сварочной дуги влияет на конструкцию источника питания, поскольку большие изменения сварочного тока при ручной металлической дуге (MMA) и сварке TIG нежелательны, но необходимы для процессов сварки MIG / MAG и порошковой дугой.

Поэтому источники питания

MMA, TIG и дуговой сварки под флюсом разработаны с так называемой падающей выходной мощностью или статической характеристикой постоянного тока, источники питания MIG / MAG и FCAW с плоской статической характеристикой или статической характеристикой постоянного напряжения. На большинстве источников питания наклон характеристики можно изменить, чтобы сгладить или сделать более крутыми кривые, показанные на рис. 2 и рис.3

На рис. 2 показаны статические характеристики падающего или постоянного тока источника питания, такие как те, которые используются для процесса MMA или TIG, наложенные на характеристические кривые дуги. При ручной сварке длина дуги постоянно меняется, поскольку сварщик не может поддерживать постоянную длину дуги. При использовании источника постоянного тока, когда длина дуги изменяется из-за того, что сварщик манипулирует сварочной горелкой, происходит лишь небольшое изменение сварочного тока — чем круче кривая, тем меньше изменение тока, поэтому не будет скачков тока и достигается стабильное состояние сварки.Поскольку в первую очередь сварочный ток определяет такие характеристики, как проплавление и расход электродов, это означает, что длина дуги менее критична, что упрощает задачу сварщика по достижению прочных бездефектных сварных швов. Обычно изменение на ± 5 В приводит к изменению примерно на ± 8 А при сварочном токе 150 А.

В некоторых ситуациях — например, при сварке в верхнем положении или когда сварщик сталкивается с переменными корневыми зазорами — это преимущество, если сварщик имеет гораздо больший контроль над скоростью наплавки, позволяя ему изменять скорость, изменяя длину дуги. .В такой ситуации будет полезна более плоская характеристика источника питания.

Для дуговой сварки под флюсом также используется источник питания с падающей характеристикой, в котором сварочный ток и скорость подачи электрода согласованы со скоростью, с которой проволока плавится и переносится через дугу в сварочную ванну — «скорость выгорания». Это согласование параметров осуществляется системой мониторинга, которая использует напряжение дуги для управления скоростью подачи электрода — если длина дуги / напряжение увеличивается, скорость подачи проволоки увеличивается для восстановления равновесия.Характеристика источника питания с постоянным напряжением проиллюстрирована на рис. 3. Это показывает, что по мере изменения длины дуги и, следовательно, напряжения, происходит большое изменение сварочного тока — по мере того, как дуга удлиняется, сварочный ток падает, поскольку дуга укорачивает ток. увеличивается.

В источниках питания MIG / MAG и FCAW сварочный ток регулируется скоростью подачи проволоки, сварочный ток определяет скорость, с которой сварочная проволока расплавляется и передается через дугу в сварочную ванну — «выгорание». темп.Следовательно, по мере уменьшения тока скорость выгорания также падает, меньше проволоки плавится и кончик проволоки приближается к сварочной ванне. При этом снижается напряжение, увеличивается сварочный ток и, следовательно, скорость выгорания. Поскольку скорость подачи проволоки постоянна, возникает избыток выгорания при подаче проволоки, так что требуемые длина дуги, напряжение и ток восстанавливаются. Также происходит обратное: сокращение длины дуги вызывает снижение напряжения, ток увеличивается, скорость догорания увеличивается, в результате чего дуга удлиняется, напряжение увеличивается, а сварочный ток падает до тех пор, пока не будут установлены предварительно заданные условия сварки. восстановлены.Опять же, типичное значение изменения сварочного тока для источника питания постоянного напряжения будет в диапазоне ± 40 ампер при изменении длины дуги на ± 5 вольт. Эта функция дает нам так называемую «саморегулирующуюся дугу», при которой изменения длины дуги, напряжения и тока автоматически возвращаются к требуемым значениям, обеспечивая стабильные условия сварки. Это несколько упрощает задачу сварщика по сравнению со сваркой MMA или TIG. Хотя в принципе можно использовать источник питания с характеристикой постоянного напряжения для сварки MMA, сварщику гораздо сложнее оценить скорость выгорания, чем длину дуги, поэтому возникает нестабильность дуги, и этот метод нецелесообразен.

Помимо этого контроля напряжения сварочной дуги важна скорость, с которой источник питания реагирует на короткое замыкание — это известно как динамическая характеристика источника питания. Короткие замыкания возникают при зажигании дуги и при сварке MIG / MAG во время переноса погружением. Когда напряжение падает до нуля, при коротком замыкании ток возрастает. Если это увеличение тока происходит быстро и неконтролируемо, то кончик электрода перегорает, как электрический предохранитель, что приводит к чрезмерному разбрызгиванию — слишком медленный подъем, и электрод может врезаться в сварочную ванну и погасить дугу.Это не слишком важно при использовании процесса MMA, поскольку максимальный ток при нулевом напряжении контролируется наклоном статической характеристической кривой, и сварщик может легко установить дуговый зазор. Однако это важно в процессе MIG / MAG, когда используется источник питания с плоской статической характеристикой, и ток может возрасти до чрезвычайно высокого значения, в частности, при сварке в режиме погружения или короткого замыкания.

Таким образом, в электрическую цепь источника питания вводится электрический компонент, называемый индуктором.Это устройство противодействует изменениям сварочного тока и, следовательно, снижает скорость увеличения тока во время короткого замыкания. Индуктивность является переменной и может регулироваться для обеспечения стабильного состояния, как показано на рис. 4. Индуктивность в сварочной цепи также приводит к меньшему количеству коротких замыканий в секунду и увеличению времени горения дуги — это дает более гладкий сварной шов лучшей формы. Однако слишком большая индуктивность может привести к такому медленному нарастанию сварочного тока, что у дуги будет недостаточно времени для восстановления и расплавления кончика проволоки, так что сварочная проволока затем попадет в сварочную ванну.Индуктивность во время переноса распылением также способствует лучшему и менее резкому зажиганию дуги.

Эту статью написал Джин Мазерс.

Вольт-амперные характеристики источника сварочного тока

Вольт-амперные характеристики источника сварочного тока

Все источники сварочного тока имеют два вида рабочих характеристик, а именно статическую характеристику и динамическую характеристику. Статическую выходную характеристику можно легко установить, измерив установившееся выходное напряжение и ток обычным методом нагрузки с помощью переменных резисторов.Таким образом, кривая, показывающая выходной ток в зависимости от выходного напряжения для данного источника питания, составляет его статическую характеристику.

Динамическая характеристика источника питания для дуговой сварки определяется путем регистрации переходных изменений сварочного тока и напряжения дуги, происходящих за короткие промежутки времени. Таким образом, он описывает мгновенные изменения, происходящие в течение короткого промежутка времени, скажем, миллисекунды. Стабильность дуги определяется совместным взаимодействием статических и динамических характеристик кольт-ампер (V-I) источника питания сварочного аппарата.

Внутренний переходный характер сварочной дуги является основной причиной большого значения динамических характеристик источника питания для дуговой сварки. Большинство сварочных дуг имеют постоянно меняющиеся условия, которые в основном связаны с зажиганием дуги, переносом металла от электрода в сварочную ванну, а также гашением и повторным зажиганием дуги в течение каждого полупериода сварки на переменном токе.

Переходный характер сварочной дуги также связан с изменением длины дуги, температуры дуги и характеристиками электронной эмиссии катода.

Скорость изменения напряжения и тока в аппарате для дуговой сварки настолько высока, что статическая вольт-амперная характеристика источника питания вряд ли может иметь какое-либо значение для прогнозирования динамической характеристики сварочной дуги. Однако производитель предоставляет только статические вольт-амперные характеристики источника сварочного тока. Они не могут описать характер поведения источника энергии в отношении его динамического отклика, но они имеют большое значение для определения общего отклика при управлении параметрами процесса.

Рамакант Кешав Шарма

Статья Источник: http://EzineArticles.com/7862080

Дуговая сварка с постоянным напряжением: Maine Welding Company

Второй тип источника питания — это машина постоянного напряжения (CV) или машина постоянного напряжения (CP). Он имеет относительно пологую вольт-амперную характеристику.

а. Кривая статической выходной характеристики, создаваемая агрегатом CV и CC, показана на рисунке 10-1 выше. Характеристическая кривая сварочного аппарата получается путем измерения и построения графика выходного напряжения и выходного тока при статической загрузке аппарата.Кривая постоянного напряжения (CV) в основном плоская, но с небольшим спадом. Кривая может быть скорректирована вверх и вниз для изменения напряжения; однако оно никогда не поднимется до такого высокого напряжения холостого хода, как машина постоянного тока (CC). Это одна из причин того, что аппарат постоянного напряжения (CV) не используется для ручной дуговой сварки защищенным металлом покрытыми электродами. Он используется только для непрерывной сварки электродной проволокой. Схема состоит из чисто резистивной нагрузки, которая изменяется от минимальной или нулевой нагрузки до максимальной или короткого замыкания.Кривая постоянного тока (CC) показывает, что машина выдает максимальное выходное напряжение без нагрузки, а по мере увеличения нагрузки выходное напряжение уменьшается. Напряжение холостого хода или холостого хода обычно составляет около 80 вольт.

г. Электрическая система постоянного тока является основой работы всей коммерческой электроэнергетической системы. Электроэнергия, подаваемая в дома и доступная в каждой розетке, имеет постоянное напряжение. Одно и то же напряжение постоянно поддерживается в каждой розетке, независимо от того, подключена ли небольшая лампочка с очень низкой мощностью или мощный электрический нагреватель с высокой мощностью.Ток, протекающий через каждую из этих цепей, будет отличаться в зависимости от сопротивления конкретного предмета или прибора в соответствии с законом Ома. Например, маленькая лампочка потребляет ток менее 0,01 ампера, в то время как электрический нагреватель может потреблять более 10 ампер. Напряжение во всей системе остается постоянным, но ток, протекающий через каждое устройство, зависит от его сопротивления или электрической нагрузки. Тот же принцип используется в сварочной системе CV.

г.Когда при сварке используется более высокий ток, электрод плавится быстрее. При малом токе электрод плавится медленнее. Эта взаимосвязь между скоростью плавления и сварочным током применима ко всем процессам дуговой сварки, в которых используется электрод с непрерывной подачей. Это физическое соотношение, которое зависит от размера электрода, состава металла, атмосферы, окружающей дугу, и сварочного тока. На рис. 10-7 показаны кривые скорости плавления для различных размеров стальных электродных проволок в атмосфере C0 ₂ .Обратите внимание, что эти кривые почти линейны, по крайней мере, в верхней части кривой. Аналогичные кривые доступны для электродных проволок всех размеров разного состава и в разной защитной атмосфере. Эта связь определена и фиксирована, но могут иметь место некоторые вариации. Это соотношение является основой упрощенного управления подачей проволоки с использованием постоянного напряжения. Вместо регулирования скорости подачи электродной проволоки для поддержания постоянной длины дуги, как это делается при использовании источника постоянного тока, электродная проволока подается в дугу с фиксированной скоростью.Источник питания предназначен для обеспечения необходимого тока для плавления электродной проволоки с такой же скоростью. Эта концепция подтолкнула к разработке источника сварочного тока с постоянным напряжением.

d. Вольт-амперные характеристики источника питания постоянного напряжения, показанные на рисунке 10-8, были разработаны для получения практически одинакового напряжения без нагрузки и при номинальной или полной нагрузке. Он имеет характеристики, аналогичные стандартному промышленному генератору электроэнергии. Если нагрузка в цепи изменяется, источник питания автоматически регулирует свой выходной ток в соответствии с этим требованием и поддерживает практически такое же напряжение на выходных клеммах.Это обеспечивает источник питания саморегулирующимся напряжением.

е. Сопротивления или падения напряжения возникают в сварочной дуге, в сварочных кабелях и разъемах, в сварочном пистолете и на длине электрода за наконечником датчика тока. Эти падения напряжения в сумме составляют выходное напряжение сварочного аппарата и представляют электрическую резистивную нагрузку на источник сварочного тока. Когда сопротивление какого-либо компонента во внешней цепи изменяется, баланс напряжений будет достигнут путем изменения сварочного тока в системе.Наибольшее падение напряжения происходит на сварочной дуге. Остальные падения напряжения в сварочных кабелях и соединениях относительно небольшие и постоянные. Падение напряжения на сварочной дуге напрямую зависит от длины дуги. Небольшое изменение напряжения дуги приводит к относительно большому изменению сварочного тока. На рис. 10-9 показано, что при небольшом сокращении длины дуги сварочный ток увеличивается примерно на 100 ампер. Это изменение длины дуги значительно увеличивает скорость плавления и быстро возвращает длину дуги к норме.

f. Источник питания постоянного напряжения постоянно меняет свой выходной ток, чтобы поддерживать падение напряжения во внешней части сварочной цепи. Изменения скорости подачи проволоки, которые могут произойти, когда сварщик перемещает пистолет к работе или от нее, компенсируются путем кратковременного изменения тока и скорости плавления, пока не будет восстановлено равновесие. Такое же корректирующее действие происходит, если скорость механизма подачи проволоки временно снижается. Источник питания CV и система фиксированной скорости подачи проволоки саморегулируются.Перемещение кабельной сборки часто изменяет сопротивление или скорость подачи электродной проволоки. Источник сварочного тока CV обеспечивает соответствующий ток, так что отрыв солода равен скорости подачи проволоки. Длина дуги регулируется установкой напряжения на источнике питания. Сварочный ток регулируется скоростью подачи проволоки.

г. Характеристики источника сварочного тока должны быть рассчитаны на обеспечение стабильной дуги при газовой дуговой сварке металлическими электродами и металлами разных размеров и в разных атмосферах.Большинство источников питания с постоянным напряжением имеют ответвители или средства регулировки наклона вольт-амперной кривой. Кривая, имеющая наклон от 1-1 / 2 до 2 вольт на сто ампер, лучше всего подходит для дуговой сварки металлического металла цветными электродами в инертном газе, для дуговой сварки под флюсом и для дуговой сварки порошковой проволокой с электродными проволоками большего диаметра. Кривая, имеющая средний наклон от 2 до 3 вольт на сто ампер, является предпочтительной для дуговой сварки металлическим электродом в среде защитного газа CO ₂ и для небольших порошковых электродных проволок.Для передачи дуги короткого замыкания рекомендуется более крутой наклон от 3 до 4 вольт на сто ампер. Эти три наклона показаны на рисунке 10-10. Чем пологее кривая, тем сильнее изменяется ток при одинаковом изменении напряжения дуги.

час Необходимо тщательно спроектировать динамические характеристики источника питания. Снова обратитесь к рисунку 10-9. Если напряжение резко изменяется при коротком замыкании, ток будет стремиться быстро увеличиваться до очень высокого значения. Это преимущество при зажигании дуги, но, если не контролировать его, будет образовываться нежелательное разбрызгивание.Он контролируется добавлением реактивного сопротивления или индуктивности в цепь. Это изменяет коэффициент времени или время отклика и обеспечивает стабильную дугу. В большинстве машин для разных уклонов в цепь включена разная величина индуктивности.

и. Сварочная система с постоянным напряжением имеет наибольшее преимущество, когда плотность тока электродной проволоки высока. Соотношение плотности тока (амперы / кв. Дюйм) для электродов разного диаметра и разных токов показано на рисунке 10-11.Существует огромная разница между плотностью тока, используемой для газовой дуговой сварки металлическим электродом тонкой электродной проволокой, по сравнению с обычной дуговой сваркой металлическим электродом в защитных оболочках с использованием покрытого электрода.

j. Положительный электрод постоянного тока (DCEP) используется для дуговой сварки металла в газовой среде. Когда используется отрицательный электрод постоянного тока (DCEN), дуга является неустойчивой и дает плохой сварной шов. Отрицательный электрод постоянного тока (DCEN) может использоваться для дуговой сварки под флюсом и дуговой сварки порошковой проволокой.

к.Сварка постоянным напряжением на переменном токе обычно не используется. Его можно использовать для дуговой сварки под флюсом и для электрошлаковой сварки.

л. Систему питания с постоянным напряжением нельзя использовать для дуговой сварки в среде защитного металла. Это может привести к перегрузке и повреждению источника питания из-за слишком длительного потребления слишком большого тока. Его можно использовать для резки угольной дугой и строжки небольшими электродами, а также для процессов дуговой сварки.

SCR-Вольт-Ампер-Характеристики

Характеристики SCR

Как уже упоминалось, SCR представляет собой четырехуровневое устройство с тремя выводами, а именно анодом, катодом и затвором.Когда анод положительный по отношению к катоду, переходы J ₁ и J ₃ смещены в прямом направлении, а переход J ₂ смещен в обратном направлении, и через устройство будет протекать только ток утечки. Тогда говорят, что SCR находится в состоянии прямой блокировки, в прямом режиме или в выключенном состоянии. Но когда катод сделан положительным по отношению к аноду, переходы J ₁ и J ₃ смещены в обратном направлении, небольшой обратный ток утечки будет течь через SCR, и говорят, что SGR находится в состоянии обратной блокировки. или в обратном режиме.

Когда анод положительный по отношению к катоду, то есть когда тиристор находится в прямом режиме, тиристор не проводит ток, если прямое напряжение не превышает определенное значение, называемое напряжением прямого переключения, V _FB0 . В непроводящем состоянии ток через тиристор является током утечки, который очень мал и им можно пренебречь. Если подается положительный ток затвора, тиристор может стать проводящим при напряжении, намного меньшем, чем напряжение прямого пробоя. Чем больше ток затвора, тем ниже напряжение отключения.При достаточно большом токе затвора SCR ведет себя так же, как PN выпрямитель. Как только тиристор включен, прямое падение напряжения на нем внезапно уменьшается до очень небольшого значения, скажем, около 1 вольт. В проводящем или открытом состоянии ток через тиристор ограничен внешним импедансом.

Когда анод отрицательный по отношению к катоду, то есть когда SCR находится в реверсивном режиме или в состоянии блокировки, через SCR не протекает ток, за исключением очень небольшого тока утечки порядка нескольких микроампер.Но если обратное напряжение превышает определенное значение, называемое обратным напряжением пробоя, происходит лавинный пробой V _RB0 . Прямое напряжение отключения В _FB0 обычно выше, чем напряжение обратного отключения, В _RBO.

Из предыдущего обсуждения видно, что SCR имеет два стабильных и обратимых рабочих состояния. Переключение из выключенного состояния в состояние включения, называемое включением, может быть достигнуто путем увеличения прямого напряжения выше В _FB0 .Более удобный и полезный способ включения устройства — это привод затвора. Если прямое напряжение меньше прямого напряжения пробоя, V _FB0 , его можно включить, приложив положительное напряжение между затвором и катодом. Этот метод называется контролем ворот. Другой очень важной особенностью ворот является то, что как только SCR запускается во включенное состояние, вентиль теряет управление.

Переключение ворот происходит только тогда, когда

(i) SCR имеет прямое смещение i.е. анод положительный по отношению к катоду, а

(ii) Подходящее положительное напряжение приложено между затвором и катодом.

После включения тиристора он не может контролировать количество тока, протекающего через него. Ток через тиристор полностью контролируется внешним импедансом, подключенным к цепи, и приложенным напряжением. Однако существует очень небольшое падение потенциала на SCR, около 1 В. Прямой ток через тиристор можно уменьшить, уменьшив приложенное напряжение или увеличив сопротивление цепи.Однако существует минимальный прямой ток, который необходимо поддерживать, чтобы тиристор оставался в проводящем состоянии. Это называется текущим рейтингом SCR. Если ток через тиристор снижается ниже уровня удерживающего тока, устройство возвращается в выключенное состояние или состояние блокировки.

SCR может быть отключен путем уменьшения прямого тока ниже уровня удерживающего тока, что может быть выполнено либо путем уменьшения приложенного напряжения, либо путем увеличения импеданса цепи.

Примечание : Затвор может только запускать или включать SCR, он не может выключаться.

В качестве альтернативы тиристор можно отключить, подав отрицательное напряжение на анод (реверсивный режим), естественно, тиристор будет отключен.

Здесь стоит упомянуть один момент: для отключения SCR требуется определенное время. Время, называемое временем выключения, должно быть выдержано до того, как прямое напряжение может быть снова приложено, в противном случае устройство включится с прямым напряжением без какого-либо стробирующего импульса. Время выключения составляет около 15 микросекунд, что несущественно при работе с промышленной частотой, но это становится важным в схемах инвертора, которые должны работать на высокой частоте.

Силовая электроника: Характеристики SCR

SCR или кремниевый управляемый выпрямитель — одно из силовых полупроводниковых устройств, которое популярно для преобразователей переменного тока в постоянный, прерывателей переменного тока и приложений управления фазой переменного тока. Как показано на рисунке 1, SCR (иногда называемый тиристором) представляет собой трехпереходное устройство P-N-P-N, в котором компонентные транзисторы P-N-P и N-P-N подключены в режиме регенеративной обратной связи. SCR блокирует напряжение как в прямом, так и в обратном направлениях; так что это симметричная блокировка.На характеристической кривой SCR или вольт-амперной характеристики SCR или статической характеристике SCR (рисунок 2) напряжения блокировки тринистора составляют: (i) перенапряжение прямого разрыва (В _BO ), (ii) напряжение обратного пробоя (В _{). BD} ). Для включения SCR можно использовать несколько методов. В этой статье мы рассматриваем только обычный метод включения SCR. Если анод (A) положительный, тиристор может быть приведен в состояние проводимости коротким положительным импульсом тока затвора. Но как только SCR начинает проводить, ворота теряют контроль, чтобы выключить устройство.Характеристики IV SCR показывают, что при токе затвора I _G = 0, если прямое напряжение приложено к устройству (означает, что анод положительный по отношению к катоду), будет ток утечки из-за блокировки средний перекресток. Если напряжение превышает критический предел или равно напряжению прямого отключения, В _BO ), то SCR находится в состоянии ВКЛЮЧЕНО. При увеличении I _G уменьшается V _BO , и если I _G = I _G3 , SCR ведет себя как диод с удаленной всей передней блокирующей областью.SCR успешно включится, если поддерживается минимальный ток, называемый током фиксации (I _L ). В состоянии ВКЛЮЧЕНО, если I _G = 0 и анодный ток ( I _A ) падает ниже критического предела, называемого током удержания ( I _H ) , SCR достигает своего прямого состояние блокировки. При обратном напряжении концевые P-N-переходы устройства смещаются в обратном направлении, и кривая i-v становится похожей на диодную.

Таким образом, SCR включается положительным током затвора и выключается естественным образом, когда анодное напряжение падает до нуля.И каждый SCR имеет свои собственные характеристики i-v. Итак, на практике мы должны учитывать данные SCR, чтобы получить важные параметры этого устройства. Есть, I _{T (rms)} , V _BO , V _BD и I _G (см.