Источники сварочного тока: Источник сварочного тока — основной элемент сварочного аппарата

Источник сварочного тока — основной элемент сварочного аппарата

Источник сварочного тока относятся к основному элементу любого аппарата для сварки, который преобразует напряжение сети в один из видов тока ― постоянный или переменный, с заданными параметрами. На современном рынке данное оборудование представлено однофазном и трехфазном исполнении. Если однофазные аппараты нашли широкое применение в быту, то трехфазные аналоги выпускаются для промышленных задач.

К самому простому и традиционному источнику сварочного тока относится сварочный трансформатор, понижающий сетевое напряжение до сварочного. Регулировать силу тока помогают различные методы, самый доступный из них — изменение расстояния между обмотками ― первичной и вторичной. Все трансформаторы объединены одной общей особенностью: на выходе они выдают переменный ток. Для того чтобы варить цветные металлы с помощью «транса» либо повысить стабильность горения дуги, требуется вводить в конструкцию дополнительные элементы, которые имеют тяжелый вес и слишком громоздки. Надо заметить, что и сам трансформатор весит достаточно много. При этом проведение ответственных работ невозможно без использования специальных электродов для переменного тока. Коэффициент полезного действия трансформатора относительно невелик, поскольку значительная часть энергии теряется уже в самом устройстве. Проблема охлаждения в современных моделях решена путем мощных вентиляторов. На сегодняшний день данный вид источников сварочного тока – редкость, однако у него есть и два важных преимущества: относительно невысокая цена и надежность. Именно благодаря этим достоинствам трансформаторы все еще поступают в продажу и пользуются определенным спросом.

Преобразовать переменный ток в постоянный можно с помощью специальных аппаратов ― сварочных выпрямителей, которые имеют конструкцию из понижающего трансформатора, выпрямительного блока, устройств регулировки, пуска и защиты. По сравнению с трансформатором выпрямитель, безусловно, устроен сложнее, но зато он способен обеспечить в несколько раз стабильнее выходные данные сварочного тока и электрической дуги. Кроме того, качество сварочного шва в итоге так же более впечатляющее. Стоит заметить, что стоимость выпрямителей ненамного превышает стоимость трансформатора. Не уступают они своим традиционным аналогам и по надежности: собственно, ломаться в этих устройствах практически нечему. Однако, как и трансформаторы, выпрямители имеют свои недостатки — внушительный вес, невысокий КПД, а также сильную «просадку» напряжения в электросети в процессе работы. Трансформаторные источники тока для электродной сварки широко применяют для полуавтоматической сварки, гораздо меньшей популярностью они пользуются в быту.

К наиболее современным видам аппаратов относятся сварочные инверторы. По сравнению с обычными трансформаторами, которые работают на частоте сетевого напряжения 50 Гц, инверторы используют ток высокой частоты, что составляет несколько десятков килогерц. Причем для того чтобы передать необходимую энергию, требуется трансформатор значительно меньших габаритов и массы. При этом сварка осуществляется при постоянном токе хорошего качества, что, конечно же, напрямую влияет на качество шва. Если традиционный сварочный трансформатор с максимальным током сварки 160 А обладает достаточно внушительным весом (не менее 18 кг), то силовой аналог сварочного инвертора, рассчитанный на 160 А, весит не более 300 граммов, да и его размеры чуть более превышают размеры пачки сигарет. Для его охлаждения используется вентилятор с сопоставимыми размерами. Вес аппараты с корпусом и «начинкой» 3-7 кг. КПД инвертора гораздо выше, а вот энергопотребление, напротив, меньше.

Инверторные устройства отличаются более широким диапазоном регулировки сварочного тока, это особенно актуально при сварке тонкими электродами. У трансформаторных аналогов, независимо от типа, ток сварки, как правило, регулируется ступенчато, при помощи переключателей. Инверторным аппаратам присуща плавная регулировка. За счет того, что инверторы оснащены электронной системой управления, можно с помощью обратных связей получить выходные характеристики, оптимальные для любого вида сварки.

Источники сварочного тока

Категория:

   Монтаж и эксплуатация лифтов

Публикация:

   Источники сварочного тока

Читать далее:

Источники сварочного тока

В качестве таких источников применяют сварочные трансформаторы, механические преобразователи тока, полупроводниковые выпрямители и сварочные агрегаты с двигателем внутреннего сгорания. Отличительная особенность источников сварочного тока — крутопадающая характеристика, т. е. способность ограничивать сварочный ток до безопасного значения при коротком замыкании сварочной дуги.

Сварочные трансформаторы дают переменный ток частотой 50 Гц, остальные источники — постоянный ток.

При монтаже лифтов целесообразно применять сварочные трансформаторы, так как они отличаются простым устройством, сравнительно небольшой массой, надежны в эксплуатации. Характеристики некоторых сварочных трансформаторов приведены ниже.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Наиболее удобен трансформатор ТСП-2, который обеспечивает весь диапазон силы сварочного тока, применяемого при сварке лифтовых конструкций, и в то же время обладает наименьшей изо всех массой, что позволяет перемещать его вручную.

При эксплуатации трансформатора следят за тем, чтобы он не перегрелся. Все выводы плотно затягивают. Электрические контакты должны быть надежными. При плохих контактах, особенно со стороны низкого напряжения, падает напряжение сварочного тока и перегреваются контакты. Такие контакты зачищают, плотно подгоняют поверхности и затягивают зажимы до отказа.

Грязь и пыль с рабочих частей трансформатора регулярно удаляют. В противном случае нарушается режим его охлаждения, обмотки перегреваются и токоведущие части замыкаются на корпус с трансформатора. Особенно опасны пыль и грязь, содержащие металлы и другие токопроводящие вещества (уголь, графит).

Периодически, не реже одного раза в шесть месяцев, все поверхности трения смазывают. Если трансформатор сильно гудит, то проверяют крепление сердечника и механизма перемещения катушек. Чтобы устранить гудение, отсоединяют трансформатор от сети, подтягивают шпильки крепления сердечника и устраняют перекосы в устройстве перемещения катушек. Гудение может быть вызвано также межвитковым замыканием, которое устраняют, раздвинув замкнувшиеся витки и забив между ними клин из сухого дерева твердой породы.

Чрезмерный нагрев сердечника трансформатора может быть вызван нарушением изоляции пластин сердечника и стягивающих шпилек. Изоляцию восстанавливают. Выполнить эту операцию в условиях монтажной площадки трудно, поэтому трансформатор сдают в ремонт.

Во всех случаях осмотра и ремонта трансформатора его отключают от сети.

Рекламные предложения:

Читать далее: Технология сварки

Категория: — Монтаж и эксплуатация лифтов

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Источники питания для сварки | ПлазмаМаш

Источники питания могут быть подразделены на две группы: источники питания переменным током (сварочные трансформаторы) и источники питания постоянным током (выпрямители и сварочные генераторы).

1. Сварочные трансформаторы

Для сварки на переменном токе применяются специальные сварочные трансформаторы. Такие трансформаторы могут изготавливаться как с отдельным дросселем, обеспечивающим создание падающей внешней характеристики, так и объединённым с дросселем.

Изменение сопротивления дросселя, а значит и силы сварочного тока осуществляется изменением величины воздушного зазора в цепи магнитопровода регулятора (дросселя).

Кроме сварочных трансформаторов с дросселями в настоящее время для сварки на переменном токе применяются трансформаторы с подвижной обмоткой и трансформаторы с магнитным шунтом; эти трансформаторы, как и вышеописанные, обеспечивают получение падающей внешней характеристики. Падающая внешняя характеристика источника питания необходима как для ограничения токов короткого замыкания, которыми всегда сопровождается процесс сварки до величины, обеспечивающей безопасность сварочного оборудования, так и для устойчивого горения дуги.

2. Выпрямители.

Выпрямительные сварочные установки собираются из полупроводниковых элементов — вентилей. Полупроводниковый вентиль обладает свойством проводить ток только в одном направлении (прямом). В прямом направлении электропроводность вентиля очень высока, в обратном же направлении полупроводниковый вентиль почти не пропускает электрический ток, так как его производимость крайне мала.

Сварочный выпрямитель состоит из двух основных узлов : трансформатора с соответствующим регулирующим устройством и блоком вентилей .

В сварочных выпрямителях используются преимущественно кремниевые и селеновые вентили, причём кремниевые нашли применение главным образом для выпрямителей с падающими внешними характеристиками.

Схема выпрямителей :

а) однофазного двухполупериодного,

б) трёхфазного

i = f (t) — вид кривой выпрямленного тока

Выпрямители могут быть однофазными и трёхфазными.

В однофазной мостовой схеме вентили включены в четыре плеча, образующие мост, сходный по схеме с измерительным мостом. Для улучшения формы кривой выпрямленного тока в схему включают, как минимум, две реактивные катушки L₁ и L₂.

В трёхфазной мостовой схеме  вентили включены в шесть плечей моста; в трёх плечах между собой соединены все катоды, образующие катодную группу, в остальных трёх — все аноды (анодная группа). От общих точек этих соединений и делаются выводы для подключения нагрузки.

В трёхфазной мостовой схеме выпрямления в каждый момент времени проводят ток только два плеча, соединённые последовательно через нагрузку.

В мостовой трёхфазной схеме выпрямляются обе полуволны во всех трёх фазах, благодаря чему пульсация выпрямленного напряжения значительно уменьшается, а число за их период равно удвоенному числу фаз системы, т.е. шести пульсациям за период.

Продвинутые источники сварочного тока — Силовая электроника

За долгие годы существования технологии электрической сварки металлов источники питания сварочной дуги также прошли длительный эволюционный путь, начиная от гальванической батареи и заканчивая современными инверторными сварочными аппаратами. Сам процесс эволюции определялся, с одной стороны, технологическими потребностями, а с другой — возможностями доступной элементной базы, позволяющей строить мощные источники тока. Практически до середины прошлого века источники сварочного тока (ИСТ) в основном строились на основе трансформаторов, работающих на частоте промышленной сети, а также электромашинных преобразователях. Появление мощных ионных, а затем и полупроводниковых ключей позволило резко улучшить эксплуатационные характеристики ИСТ, а также снизить их массо-габаритные показатели.

По сложившейся ныне традиции, ИСТ разделяют на электромашинные (которые практически уже не используются), трансформаторные и инверторные.

Основой трансформаторного и инверторного ИСТ является сварочный трансформатор (СТ), который используется для гальванической развязки сварочной цепи, а также для уменьшения сетевого напряжения до уровня рабочего напряжения дуги.

Трансформаторные источники имеют СТ, работающий непосредственно на частоте питающей сети переменного тока, которая, в зависимости от принятого стандарта, составляет 50/60 Гц. Из-за относительно низкой рабочей частоты СТ массо-габаритные показатели таких ИСТ получаются весьма значительными.

Инверторные источники имеют в своем составе электронный преобразователь частоты (инвертор), который тем или иным образом повышает частоту сети. Переменный ток повышенной частоты затем, с выхода инвертора, подается на СТ. Благодаря более высокой рабочей частоте, СТ инверторного источника получается менее крупным. При этом, даже при наличии дополнительного узла (преобразователя частоты), инверторные ИСТ имеют меньшие габариты и массу по сравнению с трансформаторными.

Однако, несмотря на, казалось бы, серьезные преимущества, на рынке сварочного оборудования инверторные ИСТ до настоящего времени не смогли полностью вытеснить трансформаторные. Это происходит потому, что, во-первых, массогабаритные показатели ИСТ не всегда имеют решающее значение, а во-вторых, для сварки на переменном токе промышленной частоты трансформаторные ИСТ более предпочтительны. Дело в том, что благодаря простоте, надежности и дешевизне трансформаторные ИСТ остаются достаточно привлекательными для основных технологий сварки на переменном токе, таких как TIG, MIG и MMA. При этом рынок сварочного оборудования поделен таким образом, что сварочные источники постоянного тока в основном инверторные, а сварочные источники переменного тока и универсальные — в основном трансформаторные. И поэтому, несмотря на все более широкое использование инверторных источников постоянного тока, классические трансформаторные источники переменного тока еще не потеряли свою актуальность.

Благодаря сохранению актуальности продолжается работа по дальнейшему улучшению трансформаторных ИСТ, которые в результате подобных улучшений вплотную приближаются к инверторным, а порой и превосходят их по отдельным параметрам. Условимся называть подобные источники улучшенными, или продвинутыми трансформаторными ИСТ. При этом суть продвинутого источника заключается в максимальном использовании трансформатора и уменьшении, за счет компенсации реактивной мощности, тока, потребляемого из сети. Рассмотрим продвинутые ИСТ, предназначенные для технологий TIG и MMA, которые, по мнению автора статьи, являются наиболее интересными. Однако перед этим определим основные требования к ИСТ и, чтобы подчеркнуть контраст, обратим внимание на основные недостатки классических трансформаторных источников.

 

Основные требования к ИСТ

При нормальной плотности тока 10-20 А/мм², характерной для ручной сварки в воздухе и в защитных газах, дуга имеет жесткую статическую вольт-амперную характеристику (ВАХ). Напряжение дуги, горящей в воздухе, можно найти по формуле [4]:

где I_св — сварочный ток.

На практике из-за колебаний длины дуги ее напряжение может изменяться в большую или меньшую сторону относительно рассчитанного значения. Для обеспечения высокого качества сварки ИСТ должен удовлетворять следующим основным требованиям:

• при изменении длины дуги изменения сварочного тока должны быть минимальными;
• напряжение холостого хода ИСТ должно в 1,8-2,5 раза [5, 7] превышать напряжение дуги;
• ток короткого замыкания ИСТ не должен превышать удвоенного значения сварочного тока.

Выполнение первого требования особенно актуально при ручной сварке, когда необходимая длина дуги поддерживается сварщиком вручную. Выполнение второго требования гарантирует устойчивое начальное и повторное зажигание дуги переменного тока.

В процессе сварки металл с расплавленного кончика электрода переносится в сварочную ванну. В переносе металла, кроме силы тяжести и газового дутья, большую роль играет эффект сжатия («пинч-эффект»), который обусловлен магнитным полем, возбуждаемым сварочным током. Благодаря этому эффекту расплавленный металл электрода разрывается на отдельные капли, которые с ускорением вводятся в сварочную ванну. При этом часть металла в виде брызг выбрасывается из зоны сварки, что ухудшает прочность и внешний вид сварочного шва. Выполнение третьего из вышеперечисленных требований гарантирует уровень разбрызгивания металла на некотором допустимом уровне. На рис. 1 изображен возможный вид внешней ВАХ источника, удовлетворяющей поставленным условиям.

Рис. 1. Желаемая внешняя ВАХ ИСТ

Подобная ВАХ называется круто падающей и может быть получена включением последовательно с вторичной обмоткой СТ активного или реактивного сопротивления Х_ф (рис. 2).

Рис. 2. Схема формирования внешней характеристики ИСТ

В этом случае напряжение холостого хода U_xx ИСТ равно напряжению U₂ на вторичной обмотке СТ, а ток короткого замыкания можно найти по формуле I_кз = U₂/Х_ф. С помощью изменения величины можно изменять ток короткого замыкания I_кз, а следовательно, и сварочный ток I_св (рис. 3).

Рис. 3. Регулировка сварочного тока

Для примера смоделируем с помощью программы LTSpice различные варианты формирования внешней ВАХ ИСТ. Предварительно считаем, что нам нужен сварочный источник переменного тока, обеспечивающий максимальный сварочный ток 150 А при питании от сети 220 В/50 Гц.

 

Модель электрической дуги переменного тока

В библиотеке LTSpice, к сожалению, отсутствует модель сварочной дуги. Поэтому такую модель придется создавать самим из стандартных элементов, имеющихся в библиотеке LTSpice.

Напряжение дуги имеет нелинейную зависимость от тока дуги I_св. Однако на интересующем нас участке ВАХ почти линейна и неплохо описывается уравнением (1). Эту зависимость можно имитировать при помощи диода, модель которого имеет пороговое напряжение прямой проводимости V_fwd = 20 В, а сопротивление прямой проводимости R_on = 0,04 Ом (рис. 4). Такая модель хорошо подходит для имитации дуги постоянного тока, и ее параметры определяются при помощи директивы “.model Duga D(Ron=40m Roff=33k Vfwd=20)”.

Рис. 4. Простейшая модель дуги постоянного тока

Для создания простейшей модели дуги переменного тока можно использовать две модели дуги постоянного тока, включенные встречно-параллельно, или один диод с равными прямыми и обратными параметрами проводимости и порогового напряжения. Простейшая модель дуги переменного тока на основе диода определяется директивой “.model Duga D(Ron=40m Roff=33k Vfwd=20 Vrev=20)” (рис. 5). Однако эта модель не отражает важную особенность дуги, которая состоит в том, что в конце каждого полупериода дуга переменного тока гаснет, и для повторного зажигания к ней нужно приложить повышенное напряжение. Напряжение повторного зажигания зависит от многих факторов, таких, например, как длина и ток дуги, материал обмазки и электрода, а также длительности бестоковой паузы, предшествующей повторному зажиганию. Кроме этого, напряжение повторного зажигания зависит от полярности напряжения, приложенного к дуговому промежутку. Если при прямой полярности («плюс» на изделии) требуется небольшое повышение напряжения, то при обратной полярности («минус» на изделии) напряжение повторного зажигания может превышать нормальное напряжение дуги в 1,5-3 раза [5].

Рис. 5. Простейшая модель дуги переменного тока

Относительно корректная модель дуги переменного тока показана на рис. 6. На рабочем участке дуги ее поведение моделируется источниками напряжения V1 (для прямой полярности) и V2 (для обратной полярности). Эти источники напряжения коммутируются с помощью мощных тиристоров U1 и U2. Уровни повторного зажигания дуги имитируются стабилитронами D1 (напряжение пробоя 33 В) и D2 (напряжение пробоя 47 В). Резистор R2 имитирует тлеющий разряд, предшествующий повторному зажиганию дуги переменного тока.

Рис. 6. Корректная модель дуги переменного тока

Рассмотрим модели сварочных источников, использующих активные и реактивные сопротивления для формирования внешней ВАХ.

 

Сварочный источник с балластным реостатом (активным сопротивлением)

Несомненно, это наиболее технологически простой вариант. На рис. 7 изображена схема и временные диаграммы токов и напряжений ИСТ с балластным реостатом в качестве формирователя внешней ВАХ источника.

Рис. 7. Модель ИСТ с балластным реостатом

Напряжение сети 220 В/50 Гц поступает на первичную обмотку L1 понижающего трансформатора K1, имеющего коэффициент трансформации

K_T=U₁/U₂=√(L₁/L₂)=220/65=√(2/0,175)=3,38

Со вторичной обмотки L2 трансформатора K1 снимается пониженное напряжение 65 В (диаграмма V(n002) зеленого цвета). Значение сопротивления балластного реостата R3 настроено для получения действующего значения сварочного тока I_св ≈ 150 А (диаграмма I(R3) красного цвета). При этом из сети потребляется ток 44 А.

Когда напряжение на вторичной обмотке сварочного трансформатора ниже напряжения дуги (диаграмма V(n003) синего цвета), ток в сварочной цепи не протекает. В результате на диаграмме тока дуги видны паузы длительностью 2-3 мс. В течение пауз, когда ток отсутствует, происходит значительное охлаждение и деионизация дугового промежутка, что ухудшает условия ее повторного зажигания. Так как весь сварочный ток протекает через балластный реостат, то на нем рассеивается значительная мощность:

В это же время со вторичной обмотки трансформатора Kl отбирается мощность

Следовательно, КПД сварочного источника составляет:

Несмотря на простоту, данный метод формирования ВАХ не стоит использовать из-за его низкой экономической эффективности.

 

Сварочный источник с линейным дросселем (индуктивным сопротивлением)

На рис. 8 изображена схема и временные диаграммы токов и напряжений ИСТ с линейным дросселем переменного тока в качестве формирователя внешней ВАХ. Напряжение сети поступает на первичную обмотку Ll понижающего трансформатора K1. Со вторичной обмотки L2 трансформатора Kl снимается пониженное напряжение 65 В (диаграмма V(n002) зеленого цвета). Индуктивность дросселя L3 настроена для получения действующего значения сварочного тока I_св ≈ 150 А (диаграмма I(L3) красного цвета). На диаграмме напряжения дуги (диаграмма V(n003) синего цвета) видны импульсы напряжения повторного зажигания, которые возникают в моменты перехода сварочного тока через ноль. Так как ток в дросселе отстает от напряжения, то в тот момент, когда он равен нулю, напряжение на вторичной обмотке трансформатора близко к своему амплитудному значению. Благодаря этому создаются наилучшие условия для повторного зажигания дуги, и сварочный ток течет практически непрерывно. Кроме этого, в схеме ИСТ отсутствуют активные потери, так как сварочный ток ограничивается реактивным сопротивлением дросселя L3. Но, несмотря на отсутствие активных потерь, как и в предыдущем варианте, из сети ИСТ также потребляет ток величиной 44 А. Этот парадокс объясняется тем, что, наряду с полезной активной мощностью, которую потребляет сварочная дуга, между источником и сетью циркулирует бесполезная реактивная мощность, генерируемая индуктивностью L3. В электротехнике для оценки энергетической эффективности электропотребителя используется величина cosφ, называемая коэффициент мощности. Он равен отношению потребляемой активной мощности к полной (кажущейся) мощности и в нашем случае составляет:

Рис. 8. Модель источника с линейным дросселем переменного тока

Несмотря на весьма низкое значение коэффициента, для сварки переменным током до сих пор в основном используются ИСТ с дросселем переменного тока. При этом роль дросселя зачастую выполняет индуктивность рассеяния СТ.

 

Классический трансформаторный ИСТ

Основным элементом трансформаторного источника переменного сварочного тока является специализированный СТ. Познакомимся с конструктивными особенностями этих устройств.

По характеру устройства магнитного сердечника различают трансформаторы броневого (рис. 9а) и стержневого (рис. 9б) типов. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник трансформатора набирается из листовой трансформаторной стали толщиной 0,27-0,5 мм.

Рис. 9. Типы магнитных сердечников

Трансформаторы стержневого типа по сравнению с трансформаторами броневого типа имеют более высокий КПД и допускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому СТ обычно, за редким исключением, бывают стержневого типа.

По характеру устройства обмоток различают трансформаторы с цилиндрическими (рис. 10а), разнесенными (рис. 10б) и дисковыми (рис.10в) обмотками.

Рис. 10. Типы обмоток трансформаторов

Для рассмотрения особенностей трансформатора того или иного типа удобно использовать схему замещения трансформатора [5] (рис. 11).

Рис. 11. Схема замещения трансформатора:
U1, U2 — напряжение на первичной и вторичной обмотках;
г1, г2 — омическое сопротивление первичной и вторичной обмоток;
L1s, L2s — индуктивность рассеяния первичной и вторичной обмоток;
Lμ — индуктивность намагничивания трансформатора;
rс — сопротивление, характеризующее потери в сердечнике;
n — коэффициент трансформации

Зачастую параметры, распределенные между первичной и вторичной обмотками, приводятся к одной из этих обмоток. В данном случае все параметры трансформатора приведены к его первичной обмотке, и поэтому в схеме замещения отсутствует идеальный трансформатор, необходимый для имитации коэффициента трансформации.

Индуктивность рассеяния Ls обмотки вызывается наличием собственного магнитного потока Фs, не сцепляемого с другой обмоткой. Чем дальше удалены друг от друга обмотки трансформатора, тем, соответственно, больше величины Фs и Ls.

В трансформаторах с цилиндрическими обмотками одна обмотка намотана поверх другой. Так как обмотки находятся на минимальном расстоянии друг от друга, то практически весь магнитный поток первичной обмотки сцепляется с витками вторичной обмотки. Только очень небольшая часть магнитного потока первичной обмотки, называемого потоком рассеяния, протекает в зазоре между обмотками и поэтому не связана со вторичной обмоткой. Так как ток ограничивается практически только омическим сопротивлением r1 и r2 обмоток, то трансформатор имеет жесткую характеристику, и ток короткого замыкания на вторичной обмотке более чем на порядок превосходит рабочий ток трансформатора. При использовании такого трансформатора для получения круто падающей внешней характеристики дополнительно приходится использовать дроссель переменного тока. В ранних ИСТ такой дроссель присутствовал как независимый конструктивный элемент, дополнительно увеличивающий массу и габариты сварочного источника. Позже в качестве дросселя стали использовать индуктивность рассеяния трансформатора. Для получения требуемой величины индуктивности рассеяния обмотки трансформатора стали разносить на разные стержни (рис. 10б) или выполнять в виде дисков (рис. 10в).

В трансформаторе с разнесенными обмотками первичная и вторичная обмотки находятся на различных стержнях трансформатора. Так как обмотки удалены друг от друга, то значительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана со вторичной. Иногда говорят, что эти трансформаторы имеют развитое магнитное рассеяние. Индуктивности рассеяния L1s и L2s имеют значительную величину, и их реактивное сопротивление сильнее влияет на ток трансформатора, чем в случае трансформатора с цилиндрическими обмотками. Трансформатор с разнесенными обмотками имеет падающую внешнюю характеристику, где рабочий ток составляет ≈80% от тока короткого замыкания.

В трансформаторах с дисковыми обмотками первичная и вторичная обмотки также удалены друг от друга, но на меньшее расстояние по сравнению с трансформаторами, имеющими разнесенные обмотки. Поэтому, по величине индуктивности рассеяния трансформаторы с дисковыми обмотками занимают промежуточное положение. Они также имеют падающую внешнюю характеристику, но их рабочий ток составляет ≈50% от тока короткого замыкания.

Ступенчатая регулировка сварочного тока осуществляется переключением отвода обмоток трансформатора. Плавная регулировка сварочного тока достигается использованием подвижного магнитного шунта или, в случае трансформатора с дисковыми обмотками, изменением расстояния между обмотками, которые в этом случае выполняются подвижными. Основная масса сварочных источников переменного тока выполнена на основе трансформаторов с дисковыми подвижными обмотками. Поэтому трансформаторные ИСТ с подвижными дисковыми (рис. 12) обмотками вполне могут считаться классическими.

Рис. 12. Устройство СТ с подвижными обмотками

 

Трансформаторный ИСТ Буденного

Ранее мы рассмотрели сварочный источник переменного тока, построенный на основе трансформатора с развитым магнитным рассеянием. Большая величина индуктивности рассеяния между обмотками такого трансформатора выполняет роль линейного дросселя, формирующего крутопадающую внешнюю ВАХ, необходимую для технологий TIG и MMA. Главным достоинством этих ИСТ является простота изготовления и надежность в работе. Однако подобные устройства имеют и существенные недостатки. Среди основных, пожалуй, стоит указать большой ток, потребляемый источниками этого типа из сети.

Пути уменьшения величины потребляемого тока

Общеизвестным способом уменьшения величины реактивной составляющей тока нагрузки является компенсация ее реактивностью противоположного знака. Например, для компенсации индуктивной составляющей используются специальные компенсирующие (косинусные) конденсаторы, и наоборот. При этом, если полученный колебательный контур настроен в резонанс с частотой сети, реактивный ток не перегружает питающую сеть, а замыкается в контуре между реактивной составляющей нагрузки и компенсирующей реактивностью.

На рис. 13 изображена ситуация при питании не скомпенсированной (рис. 13а) и скомпенсированной (рис. 13б) активно-индуктивной нагрузки.

Рис. 13. Принцип компенсации реактивной мощности нагрузки:
а) нагрузка не скомпенсирована;
б) нагрузка скомпенсирована

Для компенсации реактивной составляющей активно-индуктивной нагрузки потребуется конденсатор, емкость которого можно определить по формуле:

где ω = 2 πf — круговая (угловая) частота [рад/с]. При частоте f = 50 Гц ω ≈ 314 рад/с.

С помощью симулятора LTSpice проверим эффективность компенсации реактивной мощности (рис. 14).

Рис. 14. Модель цепи переменного тока:
а) без компенсации реактивной составляющей нагрузки;
б) с компенсацией реактивной составляющей нагрузки

На рис. 14 красным цветом изображен ток I(V1), потребляемый нагрузкой из сети в случае отсутствия компенсации. Синим цветом изображен ток I(V2), потребляемый нагрузкой из сети в случае использования компенсации. Так как ток I(V2) меньше тока I(V1), это позволяет сделать вывод, что компенсация реактивной составляющей активно-индуктивной нагрузки при помощи конденсатора позволяет снизить значение тока, потребляемого нагрузкой из сети.

Рассмотренный способ компенсации реактивной мощности находит широкое применение в промышленных сетях переменного тока. Однако он не совсем подходит для компенсации реактивностей в пределах обычного ИСТ, который по своей сути является резко переменной нагрузкой. Например, ИСТ на холостом ходу генерирует небольшую реактивную мощность, которую вызывает индуктивность намагничивания СТ. Зато в момент сварки уровень генерируемой реактивной мощности резко возрастает. Если емкость компенсирующего конденсатора выбрать исходя из максимального уровня генерируемой реактивной мощности, то, победив реактивную составляющую при максимальной нагрузке, мы будем генерировать большую реактивную мощность на холостом ходу. Просто характер ее изменится с индуктивной на емкостную.

Достаточно оригинальное решение данной проблемы предложили Анатолий Павлович Буденный [1] и Юрий Дмитриевич Калашников [6]. Суть их решения заключается в том, чтобы сердечник СТ насыщался на холостом ходу. В этом случае входное сопротивление СТ во всех режимах его работы будет иметь значительную индуктивную составляющую, удовлетворительную компенсацию которой можно обеспечить во всем диапазоне нагрузок при помощи конденсатора постоянной емкости.

Конструктивно-электрическая схема ИСТ Буденного

В качестве примера исследуем ИСТ Буденного (рис. 15).

Рис. 15. Конструктивно-электрическая схема ИСТ Буденного

ИСТ содержит трансформатор, обмотки которого намотаны на замкнутый сердечник 1. В окно замкнутого сердечника встроен регулируемый магнитный шунт 6. Замкнутый сердечник имеет два характерных сечения 4 и 5 (сечение 4 больше сечения 5). Первичная (сетевая) обмотка трансформатора 2 охватывает замкнутый сердечник в сечении 4, где его сечение максимально. Вторичная (сварочная) обмотка 3 охватывает замкнутый сердечник в сечении 5, где его сечение минимально. Сечение 5 замкнутого сердечника выбрано таким, чтобы он насыщался в режиме холостого хода трансформатора. При этом участок максимального сечения 4, где расположена первичная обмотка, будет оставаться ненасыщенным. Часть потока, сцепленного с первичной обмоткой, ответвляется в регулируемый магнитный шунт 6 и не связана со вторичной обмоткой трансформатора. Этот поток образует регулируемую индуктивность, включенную последовательно с первичной обмоткой трансформатора. Изменение сечения магнитного шунта приводит к изменению регулируемой индуктивности и, следовательно, выходного тока источника. Так как первичная и вторичная обмотки расположены на различных кернах сердечника, то значительная часть потока, сцепленного с первичной обмоткой, замыкается через пространство вокруг первичной обмотки, не достигая вторичной. Этот поток называется потоком рассеяния, и он также образует индуктивность рассеяния, включенную последовательно с первичной обмоткой трансформатора. При насыщении части замкнутого сердечника избыточное сетевое напряжение прикладывается к регулируемой индуктивности и индуктивности рассеяния, которые оказываются включенными последовательно. Эта последовательная цепочка позволяет ограничить потребляемый ток и предотвратить перегрузку питающей сети 8. К выводам вторичной обмотки 3 подключается сварочный держатель 9. Вторичная обмотка 3 может иметь несколько отводов, используемых для ступенчатой настройки тока при сварке в различных газовых средах. Конденсатор 7 служит для компенсации индуктивной составляющей входного сопротивления трансформатора.

 

ИСТ с резонансным конденсатором

В ранее рассмотренном ИСТ Буденного для компенсации реактивной составляющей нагрузки использовался резонанс токов. Однако подобный результат можно получить и при использовании резонанса напряжений. Для этого последовательно с первичной или вторичной обмоткой трансформатора можно включить специальный резонансный конденсатор. В этом случае индуктивность рассеяния трансформатора и конденсатор образуют последовательный колебательный контур, и если этот контур настроен на частоту сетевого напряжения, то ИСТ не будет генерировать реактивную мощность. В этом случае циркуляция реактивной мощности будет происходить только внутри колебательного контура.

Частоту резонанса контура [Гц] можно определить по формуле:

Если известна индуктивность и частота, то емкость [Ф] можно найти по формуле:

Если известна емкость и частота, то индуктивность [Гн] можно найти по формуле:

где ω = 2 πf — круговая (угловая) частота [рад/с]. При частоте f = 50 Гц ω ≈ 314 рад/с.

На рис. 16 изображена упрощенная модель и временные диаграммы токов и напряжений ИСТ с резонансным конденсатором.

Рис. 16. Упрощенная модель ИСТ с резонансным конденсатором

Для элементов модели выбраны параметры, обеспечивающие реалистичные потери и частоту резонанса 50 Гц. Поскольку реактивная составляющая скомпенсирована, максимальный сварочный ток I_св ≈ 150 А (диаграмма I(L3)) можно получить при более низком потребляемом токе источника (диаграмма I(L1)). Теперь ИСТ потребляет из сети 22,4 А. Для сравнения, ИСТ на основе трансформатора с развитым магнитным рассеянием потреблял ток величиной 44 А. Кроме того, по сравнению с ранее рассмотренными ИСТ, для получения сварочного тока 150 А потребовалось вдвое меньшее напряжение на вторичной обмотке трансформатора (32,6 против 65 В). Однако, несмотря на это, амплитуда импульсов повторного зажигания не пострадала и осталась на прежнем уровне (диаграмма V(n004)).

ИСТ с резонансным конденсатором имеет высокий КПД и коэффициент мощности, близкий к единице. По сравнению с ранее рассмотренными сварочными источниками переменного тока этот ИСТ потребляет наименьший ток от питающей сети. Например, по сравнению с классическими ИСТ он потребляет в два раза меньший ток, а по сравнению с ИСТ Буденного — в полтора раза меньший. Немаловажным является то, что форма потребляемого тока близка к синусоиде. В этом отношении он намного превосходит существующие на данный момент инверторные ИСТ, практически приближаясь к ним по массо-габаритным показателям.

На рис. 17 изображена схема и обмоточные данные ИСТ с резонансным конденсатором, который был построен автором и показал прекрасные эксплуатационные характеристики.

Рис. 17. Практическая схема ИСТ с резонансным конденсатором

СТ источника намотан на ленточном сердечнике ПЛ 32×70×100. Первичная и вторичная обмотки расположены на разных стержнях трансформатора. При этом часть вторичной обмотки мотается поверх первичной. Обмотки мотаются на каркасы, выполненные из листового стеклотекстолита толщиной 2 мм.

Первичная обмотка W1 содержит 430 витков изолированного медного обмоточного провода ∅ 1,67 мм в эмалевой или стекло-волоконной изоляции. В качестве межслойной и межобмоточной изоляции использовался электрокартон толщиной 0,5 мм.

Вторичная обмотка намотана медной шиной 15 мм² (7×2,25 мм). Основная часть вторичной обмотки, содержащая 60 витков, мотается на независимом каркасе. Остаток вторичной обмотки, содержащий 15 витков, мотается поверх первичной обмотки. Обе части вторичной обмотки имеют отводы, которые служат для регулировки сварочного тока.

Резонансный конденсатор ИСТ имеет емкость 10 000 мкФ и состоит из двух блоков полярных электролитических конденсаторов С1, С2, включенных встречно. Для защиты от напряжения обратной полярности каждый блок конденсаторов зашунтирован цепочками R1VD1 и R2VD2, состоящими из последовательно включенных резистора и конденсатора. В качестве C1, С2 можно использовать конденсаторы типа К50-84 3300 мкФ на l00 В производства отечественной компании «Элеконд» или конденсаторы, рассчитанные на большие импульсные токи, выпускаемые другими производителями. Например, подойдут конденсаторы типа B4l456, B4l458 3300 мкФ на l00 В производства компании Epcos. Конденсаторы необходимо охлаждать при помощи вентилятора или установив через изолирующую прокладку на охлаждаемое основание.

Готовый, намотанный и собранный трансформатор необходимо поместить в защитный кожух, который изготавливается из немагнитного материала, например алюминия или текстолита. В кожухе следует предусмотреть вентиляционные отверстия. Для подключения первичной обмотки трансформатора к сети ~220 В необходимо использовать кабель с медной жилой сечением не менее 4 мм² и силовую розетку на ток 25 А, имеющую заземляющий нож, соединенный с сердечником трансформатора и защитным кожухом. Соответственно, заземляющий контакт розетки должен быть надежно заземлен.

Концы вторичной обмотки необходимо подключить к латунным шпилькам ∅ 8(l0) мм, установленным на диэлектрической термостойкой панели, которая крепится к защитному кожуху трансформатора. В качестве сварочных можно использовать мягкие медные провода сечением l6-25 мм². Возможные методики проектирования рассмотренных продвинутых ИСТ приводятся в [3].

 

ИСТ с резонансным конденсатором и плавной регулировкой сварочного тока

Рассматривая ИСТ с резонансным конденсатором, нельзя не упомянуть сварочный источник ТСБ-90 [5], который был весьма популярен в 80-е годы прошлого столетия. Упрощенная схема ИСТ показана на рис. l8. Источник содержит резонансный конденсатор C, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора T и создающий в процессе сварки режим, близкий к резонансу напряжений. При этом за счет компенсации реактивной мощности резко снижается значение тока, потребляемого сварочным источником из сети. Благодаря резонансу в паузах тока создаются оптимальные условия для повторного зажигания дуги переменного тока. Для исключения перенапряжений на холостом ходу выводы конденсатора замыкаются не полностью управляемым ключом переменного тока VS. Балластный резистор R2, включенный последовательно с ключом переменного тока, предотвращает его токовую перегрузку разрядными токами конденсатора.

Рис. 18. Упрощенная схема ИСТ ТСБ-90

Недостатком этого ИСТ, как и ранее рассмотренного, является отсутствие возможности плавной регулировки сварочного тока. Регулировка тока производится ступенчато, за счет переключения четырех отводов от первичной обмотки трансформатора W1. Такой тип регулирования нельзя назвать удовлетворительным, поскольку он не позволяет подбирать оптимальный сварочный ток для всех возможных режимов сварки. Кроме того, внешняя ВАХ источника может быть только параметрической, т. е. формируемой за счет параметров элементов эквивалентной силовой схемы.

В принципе, плавную регулировку сварочного тока можно осуществить, используя регулируемый магнитный шунт — наподобие того, как это делается в классических сварочных источниках переменного тока или в ИСТ Буденного. Однако такой архаический способ регулировки сильно усложняет конструкцию сварочного трансформатора и имеет низкую надежность. Сам шунт во время работы источника является источником достаточно интенсивного шума. Кроме этого, использование регулируемого шунта не решает проблемы изменения параметрической внешней ВАХ источника с резонансным конденсатором.

Используя полупроводниковый ключ переменного тока, разработчики ТСБ-90 на полшага приблизились к решению проблемы плавной регулировки тока. Однако использование неполностью управляемого ключа (симисторного или тиристорного) не позволяет добиться плавной регулировки тока, так как допускает единственно возможный способ управления, при котором конденсатор можно либо полностью замкнуть (шунтировать) в режиме холостого хода, либо полностью разомкнуть (не шунтировать) при работе под нагрузкой. Автором статьи был предложен способ плавной электронной регулировки сварочного тока [2].

Поставленная цель достигнута благодаря тому, что резонансный конденсатор замыкают при помощи полностью управляемого электронного ключа переменного тока в течение-каждого полупериода напряжения. Для примера, полностью управляемый ключ переменного тока может быть выполнен на MOSFET, IGBT или биполярных транзисторах.

Изменяя время замкнутого состояния конденсатора, изменяют и величину сварочного тока. При этом максимальный сварочный ток соответствует режиму, когда резонансный конденсатор не замыкается вообще, а минимальный — режиму, когда резонансный конденсатор постоянно замкнут. Чтобы обеспечить замыкание конденсатора в нужный момент времени, в устройство введен датчик контроля нулевого напряжения на конденсаторе.

Структурная схема способа плавной регулировки показана на рис. l9. На рис. 20 приведены временные диаграммы токов и напряжений устройства.

Рис. 19. Способ плавной регулировки сварочного тока:
а) резонансный конденсатор включен последовательно с первичной обмоткой СТ;
б) резонансный конденсатор включен последовательно с вторичной обмоткой СТ

Рис. 20. Временные диаграммы токов и напряжений устройства плавной регулировки сварочного тока

Структурная схема содержит резонансный конденсатор С, включенный последовательно с первичной (рис. 19а) или вторичной (рис. 196) обмоткой трансформатора Т. Нулевое напряжение V_c на выводах резонансного конденсатора С контролируется при помощи датчика нулевого напряжения (ДНН), сигнал U_нн с которого поступает на узел формирования отпирающих импульсов УУ. К выводам конденсатора С подключен полностью управляемый ключ переменного тока К, который замыкается и размыкается по сигналу U_зк с УУ. Длительность замкнутого состояния ключа определяется узлом задания длительности отпирающих импульсов ЗБ.

Временные диаграммы содержат диаграммы сетевого напряжения V_c, сигнала U_нн, сигнала U_зк и тока I в обмотке трансформатора T. Временные диаграммы приведены для случая среднего времени замкнутого состояния ключа (рис. 20). Замыкание резонансного конденсатора С при помощи ключа К можно произвести в момент, когда напряжение на конденсаторе достигнет нулевого уровня. После этого конденсатор удерживается замкнутым в течение времени по истечении которого ключ К размыкается. Степень использования конденсатора, а следовательно, и сварочный ток определяются относительным временем замкнутого состояния ключа K:

где t₃ — время замкнутого состояния ключа K, T — длительность периода напряжения питающей сети переменного тока.

При этом способе управления ключ работает с минимальными коммутационными потерями, так как замыкается и размыкается в режиме ZVS⁴.

Напряжение V_c на конденсаторе C контролируется при помощи ДНН. В момент времени t₀, когда напряжение на конденсаторе достигает нулевого значения, ДНН формирует пороговый сигнал U_нн, который поступает в узел формирования отпирающих импульсов УУ. По переднему фронту этого сигнала при помощи узла УУ формируем сигнал U_зк, который служит командой на замыкание ключа К. После этого ключ К замыкается и шунтирует выводы конденсатора С. Ключ К удерживается в замкнутом состоянии в течение времени t₃, которое задается при помощи узла ЗБ. По истечении заданного интервала t_з ключ К размыкается, и конденсатор С образует резонансную цепь с индуктивностью трансформатора Т.

Если длительность t_з замкнутого состояния ключа переменного тока равна нулю, то конденсатор используется полностью и, компенсируя индуктивность трансформатора, создает режим близкий к резонансу напряжений. При этом достигается максимальное значение сварочного тока.

При увеличении длительности замкнутого состояния ключа степень использования конденсатора уменьшается, а следовательно, уменьшается и степень компенсации индуктивности трансформатора, что приводит к уменьшению величины сварочного тока. Минимальный сварочный ток будет получен, когда длительность замкнутого состояния ключа достигнет значения, равного половине длительности периода питающей сети переменного тока. В этом случае конденсатор будет замкнут постоянно. Автором статьи был построен прототип ИСТ, использующий описанный способ плавной регулировки сварочного тока.

Литература

1. Пат. № 2198078 (РФ) МПК B23K9/00, H01F38/08, H01F27/25. Устройство для электродуговой сварки (варианты) и способ изготовления его магнитопровода / А. П. Буденный.
2. Пат. № 52479 (UA) Пристрiй регулювання зварювального струму / В. Я. Володин.
3. Володин В. Я. Создаем современные сварочные аппараты. М.: Издательство ДМК-Пресс. 2011.
4. ГОСТ 95-77 «Трансформаторы однофазные однопостовые для ручной дуговой сварки. Общие технические условия». М.: ИПК Издательство Стандартов. 1977.
5. Закс М. И. и др. Трансформаторы для электродуговой сварки. Л.: Энергоатомиздат. 1988.
6. Пат. № 2053066 (РФ) МПК B23K9/00. Сварочный трансформатор / Ю. Д. Калашников.
7. Розаренов Ю. Н. Оборудование для электрической сварки плавлением. М.: Машиностроение. 1987.

Источники тока и распределение сварочного тока

Для создания дуги для сварки и резки требуется электрическая цепь, включающая источник тока, сварочный кабель, электрододержатель или горелку — в зависимости от процесса, электрод, дугу, свариваемую / разрезаемую деталь, зажим заземления и обратный кабель. Сварочный ток идет от источника питания, проходит по всей цепи и возвращается снова к источнику.

Помните, что свариваемая/разрезаемая деталь должна быть обязательно частью электри­ческой цепи во всех процессах дуговой сварки. Поэтому необходимо заземление и обратный ка­бель для обеспечения безопасности и во избежание случайного возникновения дуги, например, на плохо заземленном соединении.

Дуга, являясь источником тепла для сварки или резки, имеет температуру около 6000°С в дуге от покрытого электрода и до 28000°С (в 8 раз выше температуры поверхности солнца) в плазменной дуге, используемой для резки.

Сварочный ток

Свойства дуги зависят от тока, поступающего к ней. Существует два вида электрического тока — переменный ток (АС) и постоянный ток (DC). Постоянный ток представляет собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов), проходящих по кабелю от отрицательного полюса (-) к положительному (+). Переменный ток возникает при переключении плюсовой и минусовой полярности с частотой, при нормальных условиях, 50- 60 раз в секунду. В этом случае электроны уже не могут продвигаться в виде ровного потока, а движутся назад и вперед — 100-120 раз в секунду — ток будет нулевым, как показано на диаграмме.

Переменный ток в качестве сварочного тока

В сети обычно используется переменный ток и самой простой формой источника сварочного тока является трансформатор, который уменьшает напряжение тока сети и является средством регулировки силы тока (сварочного), подавая переменный ток в сварочную дугу.

Поскольку переменный ток каждый раз, когда он меняет направление, равен нулю, при использовании сварочных трансформаторов будут использоваться только электроды, специально специально рассчитанные на переменный ток.

Пульсирующий эффект переменного тока оказался особенно опасным для сварщика в слу­чае электрического удара. Если электрический удар при постоянном токе может вызвать ожог, то пульсы переменного тока могут, кроме всего прочего, вызвать судороги и остановку сердца в силу воздействия пульсов на нервную систему. Поэтому регулирующие органы в некоторых странах разработали специальные правила, требующие для открытых цепей использовать оборудование, уменьшающее напряжение тока, для источников сварочного тока с выходом из сети переменного тока.

Единственной областью сварки, требующей применения переменного тока в качестве сва­рочного тока, является GTA (TIG) — сварка алюминия. Поскольку пульсирующий поток электронов способствует удалению не расплавившейся окисной пленки, образующейся на поверхности алю­миниевой сварочной ванны. Однако на судах сварку алюминиевых деталей можно осуществлять с помощью GMAW — процесса, который имеет ряд преимуществ и ведется на постоянном токе.

Постоянный ток в качестве сварочного тока.

Постоянный ток во многом наиболее приемлем и чаще всего используется в сварочных про­цессах. Обычно постоянный ток образуется в результате преобразования переменного тока, по­ступающего от сети, в постоянный ток определенной силы и напряжения. Во избежание опасности, которую представляет пульсирующий ток в случае электрического удара, в некоторых странах бы­ли разработаны правила в отношении того, каким должен быть постоянный ток для того, чтобы использовать его без специального оборудования для понижения напряжения. Требования в от­ношении такого оборудования необходимо изучить при установке сварочного оборудования на заводе.

Источники сварочного тока — Энциклопедия по машиностроению XXL

Для обеспечения устойчивости горения дуги с возрастающей характеристикой применяют источники сварочного тока с жесткой или возрастающей характеристикой (сварка в защитных газах плавящимся электродом и автоматическая под флюсом током повышенной плотности).  [c.188]

Источники сварочного тока. Для сварки под флюсом применяют источники переменного и постоянного тока с пологопадающей характеристикой. Используют преимущественно источники переменного тока в связи с большей экономичностью и хорошей устойчивостью горения дуги под флюсом. Для этой цели серийно выпускают трансформаторы ТСД-500-1, ТСД-1000-4 и ТСД-2000 в однокорпусном исполнении, со встроенными дросселями, с дистанционным управлением.  [c.73]

Технические характеристики и область применения различных источников сварочного тока указаны в табл. 46, 47 в 48.  [c.115]

При незначительном объеме сварочных работ располагать агрегаты переменного тока следует вблизи рабочего места. Если объем работ таков, что требуется значительное число источников сварочного тока, то целесообразнее организовать центральный пункт питания, от которого разветвляется сеть сварочного тока по всему объекту. В центральном пункте питания могут располагаться различные агрегаты. Подключение разных пунктов  [c.120]

Головки с постоянной скоростью подачи электродной проволоки не применяются при сварке открытой дугой. Источники сварочного тока те же, что и при ручной сварке.  [c.347]

Подробные сведения об источниках сварочного тока — см. гл. IV, Технология сварки и резки металла , ст. Источники тока для дуговой электросварки .  [c.466]

Сварку производят преимущественно переменным током. Постоянный ток применяют при сварке конструкций из тонкой листовой стали, из мелких тонких профилей, при сварке полуавтоматами, или при применении электродов, предназначенных для сварки постоянным током. Подробные сведения об источниках сварочного тока, аппаратуре и электродах см. в 1-й. книге V тома настоящего справочника.  [c.422]

ИСТОЧНИКИ СВАРОЧНОГО ТОКА  [c.224]

Источники сварочного тока с падающей характеристикой необходимы для облегчения зажигания дуги за счет повышенного напряжения холостого хода, обеспечения устойчивого горения дуги и практически постоянной проплавляющей способности дуги, а также для ограничения тока короткого замыкания, чтобы не допустить перегрева токопроводящих проводов и источников тока. Наилучшим образом приведенным требованиям удовлетворяет источник тока с идеализированной внешней характеристикой 5 (рис. 5.4).  [c.225]
Особые технологические свойства имеют импульсные источники сварочного тока, разработанные на основе универсальных и инверторных выпрямителей. Специальные блоки управления работой тиристоров и транзисторов позволяют получить ток в виде импульсов различной  [c.226]

Масса источника сварочного тока, кг 220 370 550  [c.414]

КПД источника сварочного тока, % 76 82 82  [c.414]

Внутри кабины устанавливают металлический сварочный стол высотой 500… 600 мм для работы сидя или около 900 мм для работы стоя (площадью около 1 м ) со стальными болтами для крепления токоподводящего провода от источника сварочного тока и для провода заземления стола. С боковой стороны стола имеются гнезда для хранения электродов или присадочной проволоки.  [c.146]

ИСТОЧНИКИ. При питании сварочных постов от многопостовых источников сварочный ток разводят по кабинам с помощью токоподводящих проводов или шин. в кабине устанавливают рубильник или магнитный пускатель для включения сварочного тока.  [c.147]

Сварка с дозированной нодачей мощности в зону сварки. Дозированную подачу мощности можно применять при ЭШС проволочным электродом, плавящимся мундштуком и электродами большого сечения. В процессе сварки при непрерывной подаче электрода периодически отключают источник сварочного тока. При ЭШС проволочными электродами дозировку мощности осуществляют циклически импульс длительностью 0,8… 1,2 с, пауза 0,2…0,3 с при сварке плавящимся мундштуком длительность импульса 0,8… 1,5 с, пауза 0,3…0,6 с.  [c.232]

Электросварочные работы. Проходы между однопостовыми источниками сварочного тока должны иметь ширину не менее 0,8 м, между многопостовыми — не менее 1,5 м. Расстояние от одно- и многопостовых источников сварочного тока до стены составляет не менее 0,5 м.  [c.387]

В качестве обратного провода, соединяющего свариваемое изделие с источником сварочного тока, может служить стальная шина любого профиля при условии, что ее сечение обеспечивает безопасное по условиям нагрева протекание сварочного тока.  [c.387]

Сущность способа. К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочный ток (рис. 3.12). Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл. Расплавляющийся металлический стержень электрода в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну. В сварочной ванне электродный металл смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность.  [c.94]

Более перспективным является способ управляемого переноса расплавленного металла с использованием быстродействующего инверторного сварочного источника. При традиционном способе сварки перенос электродного металла осуществляется сериями коротких замыканий, имеющих хаотичный характер. Процесс отделения образующейся капли происходит при высоком уровне сварочного тока. Это обусловливает нестабильность процесса и повышенное разбрызгивание. При управляемом процессе переноса по изменению напряжения дуги электронный микропроцессорный модуль управляет быстродействующим инверторным источником сварочного тока. В течение всего цикла переноса капли сила сварочного тока жестко зависит от фазы ее формирования и перехода в сварочную ванну. В момент контакта капли расплавленного металла, находящейся на торце электрода, с поверхностью сварочной ванны (на-  [c.136]

Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторых случаях и более высоким для питания плазмотрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.  [c.146]

В состав сварочных (наплавочных) дуговых автоматов входят сварочный инструмент (сварочные мундштуки или горелки) механизм подачи электродного или присадочного материала механизм перемещения вдоль линии соединения механизм настроечных, вспомогательных и корректировочных перемещений устройства для размещения электродного или присадочного материала флюсовая или газовая аппаратура системы управления источники сварочного тока средства техники безопасности.  [c.181]

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Учитывая требования к свойствам сварного соединения, выбирается тип электрода, затем (см. гл. 2) по справочным данным или паспорту на электроды, где приводятся их технологические и другие показатели, с учетом условий выполнения сварки и имеющихся источников сварочного тока выбирается марка электрода. Часто выбор марки электродов производится сразу по их паспортным данным. В паспорте на электроды приводятся сведения о их назначении, типичные химический состав и механические свойства металла шва, технологические особенности сварки, рекомендуемые род и сила сварочного тока, производительность наплавки, расход электродов и др. Следует помнить, что химический состав металла шва по его длине изменяется. Это связано с нагревом электрода по мере его расплавления, а значит с изменением скорости его расплавления, т.е. изменяется уо. Геометрические размеры швов задаются по соответствующим ГОСТ или ТУ. Точность их исполнения зависит от квалификации сварщика и проверяется специальным шаблоном. При сварке многопроходных швов стыковых соединений первые проход (корневой) должен выполняться электродами диаметром 3. .. 4 мм для удобства провара корня шва. Следует иметь ввиду, что максимальная площадь поперечного сечения металла шва, наплавленного за один проход 30. .. 40 мм . При сварке угловых швов, за один проход, рекомендуется выполнять швы с катетом 8. .. 9 мм. При необходимости выполнения швов с большим катетом применяется сварка за два прохода и более.  [c.242]

Прогресс, достигнутый в области производства силовой производственной техники, микроэлектроники, новых электротехнических материалов, позволил разработать широкую номенклатуру современного электросварочного оборудования, отличающегося расширенными технологическими возможностями, повышенной надежностью и меньшими массой и размерами. Рост производительности и качества при сварочных работах достигается за счет применения сборочно-сварочных линий, оснащенных автоматами, сварочными роботами, инверторными источниками сварочного тока.  [c.53]

Основным оборудованием для дуговой сварки и наплавки являются источники сварочного тока для ручной сварки штучными электродами, полуавтоматы, автоматы, станки и установки для сварки плавящимся электродом без внешней защиты дуги, под флюсом и в защитных газах, оборудование для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в инертных газах, установки для ру шой и автоматической сварки вольфрамовым электродом, специальное оборудование для сварки конкретных изделий. Универсальное оборудование имеет различные степень сложности и эксплуатационные возможности от простых полуавтоматов и источников со ступенчатым регулированием режимов до сложных с микропроцессорным управлением.  [c.53]

Для описания программ работы оборудования при выполнении сварочных циклов используют циклограммы, графы функционирования, алгоритмы, которые получили преимущественное распространение на практике [1]. Целесообразность применения различных регуляторов параметров дуги может быть оценена по взаимному расположению статической характеристики дуги / (рис. 1.37) при различных плотностях силы тока и внешней характеристики 2 источника сварочного тока, выбранного с учетом критерия устойчивости дуги  [c.101]

Источники сварочного тока с падающей характеристикой необходимы для облегчения зажигания дуги за счет повышенного иаиря-жеиия холостого хода, обеспечения устойчивого горения дуги и практически постоянной проплавляющей способности дуги, так как колебания ее длины и напряжения (особенно значительные при ручной сварке) не приводят к значительным изменениям сварочного  [c.187]

Автоматические сварочные головки целесообразно применять в кр пносерийном и массовом производстве оболочковых констру кций, когда в процессе выполнения сварочных операций не требуется передвижения головки. Недостатком автоматических головок с автоматическим регулированием длины ду ги является то, что при изменении напряжения питающего источник тока может значительно (до 15 %) отклониться от заданного режима величина сварочного тока. Для получения устойчивого горения ду ги на данных установках мощность источника сварочного тока обычно не должна превышать 15 кВА. Автоматические головки с постоянной скоростью подачи проволоки при изменении напряжения в сети, питающей сварочный трансформатор, сохраняют более постоянную величину сварочного тока, но напряжение при этом может значительно изменяеться. Однако схема обслуживания этих голо-  [c.26]

Ele trode lead — Свинцовый электрод. Электрический проводник между источником сварочного тока и электроде держателем.  [c.946]

---

Источники сварочного тока.

Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную внешнюю характеристику. Внешней характеристикой источника называется зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в электрической цепи. Внешние характеристики могут быть следующих основных видов: падающая 1, полого-падающая 2, жесткая 3 и возрастающая 4 (рис.4,а). Источник тока выбирают в зависимости от вольт-амперной характеристики дуги, соответствующей принятому способу сварки.

Для питания дуги с жесткой характеристикой применяют источники с падающей или пологопадающей внешней характеристикой (ручная дуговая сварка, автоматическая под флюсом, сварка в защитных газах неплавящимся электродом). Режим горения дуги определяется точкой пересечения характеристик дуги 6 и источника тока 1 (рис.4,б). Точка С соответствует режиму устойчивого горения дуги, точка А — режиму холостого хода в работе источника тока в период, когда дуга не горит и сварочная цепь разомкнута. Режим холостого хода характеризуется повышенным напряжением (60-80 В). Точка О соответствует режиму короткого замыкания при зажигании дуги и ее замыкании каплями жидкого электродного металла. Короткое замыкание характеризуется малым напряжением, стремящимся к нулю, и повышенным, но ограниченным током.

Источники сварочного тока с падающей характеристикой необходимы для облегчения зажигания дуги за счет повышенного напряжения холостого хода, обеспечения устойчивого горения дуги и практически постоянной проплавляющей способности дуги.

Рис. 4. Внешние характеристики источников сварочного тока (а) и соотношение характеристик дуги и падающей характеристики

источника тока при сварке (б)

 

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные выпрямители и генераторы). Источники переменного тока более распространены, так как обладают рядом технико-экономических преимуществ. Сварочные трансформаторы проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД, чем выпрямители и генераторы постоянного тока. Однако в некоторых случаях (сварка на малых токах покрытыми электродами и под флюсом) при питании переменным током дуга горит неустойчиво, так как через каждые 0,01 с напряжение и ток дуги проходят через нулевые значения, что приводит к временной деионизации дугового промежутка. Постоянный ток предпочтителен в технологическом отношении.

Узнать еще:

Каковы основные конструкции источников питания для оборудования для дуговой сварки?

Часто задаваемые вопросы

Основными функциями источника питания являются выработка тепла, достаточного для расплавления стыка и создания стабильной дуги и переноса металла. Поскольку сварочные процессы требуют высокого тока (50–300 А) при относительно низком напряжении (10–50 В), напряжение сети высокого напряжения (230 или 400 В) необходимо уменьшить с помощью трансформатора. Чтобы произвести постоянный ток, необходимо дополнительно выпрямить выходной сигнал трансформатора (рис. 1).

Существует пять типов источников питания: трансформатор переменного тока; Выпрямитель постоянного тока; Преобразователь переменного / постоянного тока, выпрямитель, генератор постоянного тока и инвертор.

Тип управления, например Первичный реактор с отводом с насыщением, тиристор и инвертор — важный фактор при выборе источника питания. Простой станок для нарезания резьбы первичной резьбой может быть идеальным и надежным выбором для многих сварочных работ MIG (GMA), но у него есть свои ограничения. Если шагов недостаточно, настройка оптимальных условий может оказаться невозможной, и колебания подачи повлияют на выход.Тиристорное управление позволяет бесступенчато регулировать выход, не зависит от колебаний напряжения питания и может управляться дистанционно. Тиристорные источники питания могут использоваться для большинства сварочных процессов, т.е. могут иметь либо плоскую (MIG [GMA]), либо падающую (MMA [SMA] и TIG [GTA]) характеристику выхода.

Инверторные источники питания

обладают всеми преимуществами тиристорного управления, но с дополнительной производительностью, экономией веса и эффективностью. Транзисторы используются для преобразования переменного тока сети (50 Гц) в переменный ток высокой частоты (> 500 Гц) перед преобразованием в напряжение, подходящее для сварки, а затем выпрямлением в постоянный ток.Таким образом, инвертор по сути является силовым блоком, которым можно управлять, часто программно, для получения статических и динамических характеристик, необходимых для выбранного процесса сварки. Следовательно, большинство инверторов предлагают возможность работы с несколькими процессами. Кроме того, отклик современных инверторов открывает возможности высокочастотного импульса, необходимого для импульсной MIG (GMA), и динамической обратной связи для управления переносом металла, как в MIG с переносом погружением.

Краткая информация об источниках сварочного тока

Главная / Краткая информация об источниках сварочного тока

Джефф Херб из Miller Electric объясняет, почему ни один источник сварочного тока не может удовлетворить все потребности, а затем показывает, как понимание вашего приложения, ваших будущих потребностей и окружающей среды поможет вам выбрать правильный источник питания.

Не существует источника сварочного тока, который бы отвечал всем требованиям. Понимание вашего приложения, ваших будущих потребностей и вашей среды поможет вам выбрать правильный источник питания.

Когда дело доходит до выбора источника сварочного тока, не существует универсального решения. Прежде чем вкладывать средства в парк сварочного оборудования, компания должна уяснить ряд факторов, касающихся процессов, возможностей, мощности, размера, площади и будущих планов роста.

К источникам сварочного тока также добавляются новые технологии, которые помогают упростить процесс обучения и сократить время обучения, что является серьезной помощью, поскольку компании все еще не могут найти квалифицированных / обученных операторов сварки.

Сотрудничество с местным дистрибьютором сварочных аппаратов и представителями производителя может помочь выбрать подходящий источник питания для вашей работы.

В этой статье мы рассмотрим несколько ключевых факторов при выборе источника сварочного тока и то, что вы должны знать, когда начинаете искать.

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ОПРЕДЕЛЯЮТ ПРОЦЕССЫ
Хотя некоторым это может показаться базовым (если да, то можете пропустить), но все же это хорошая основа: тип источника сварочного тока будет в значительной степени определяться типом и толщина свариваемых материалов.

Существует множество типов источников питания на выбор, в том числе предназначенные для MIG, TIG и Stick, а также многопроцессорные блоки, способные выполнять все три процесса и многое другое.

Сварочный аппарат / генераторы

с приводом от двигателя могут обеспечить наибольшую гибкость при работе на открытом воздухе и / или в мобильных условиях (хотя в этой статье основное внимание уделяется источникам питания, подключенным к первичной входной мощности в промышленных условиях).

Основной металл, с которым вы работаете, является первым убедительным показателем необходимых вам возможностей, поскольку некоторые материалы и процессы сварки несовместимы.

Сталь

и нержавеющая сталь можно сваривать различными способами, тогда как титан обычно лучше всего сваривают только методом TIG на постоянном токе.Алюминий лучше всего работает с MIG и AC TIG. См. Рисунок 1 для разбивки общих типов материалов и процессов.

ПОНИМАНИЕ МОЩНОСТИ И ВОЗМОЖНОСТЕЙ
Есть два основных фактора, которые определяют выходную мощность: толщина материала и диаметр проволоки или электрода, которыми вы свариваете. Как правило, на каждые 0,001 дюйма низкоуглеродистой стали требуется один ампер мощности.

Например, для сварки низкоуглеродистой стали 1/8 дюйма (0,125 дюйма) вам потребуется примерно 125 ампер.Нержавеющей стали требуется примерно на 10 процентов меньше энергии, а алюминию — примерно на 25 процентов больше энергии.

Диаметр проволоки / электрода дополнительно определяет требования к выходной мощности, поскольку каждый из них имеет определенный рабочий диапазон. Электроды меньшего размера несут меньший ток, а электроды большего размера — больший ток. Диаграмма, изображенная на Рисунке 2, предлагает рабочие диапазоны для обычных Stick, TIG и MIG / порошковых проволок / электродов.

ПОНИМАНИЕ РАБОЧЕГО ЦИКЛА
Еще один способ классификации источника сварочного тока (и его соответствия вашим рабочим требованиям) — это то, какую силу тока он может генерировать при заданном рабочем цикле.Рабочий цикл — это процент включенной дуги, который источник сварочного тока может проработать в течение 10 минут.

Например, некоторые источники питания для сварки TIG могут обеспечивать мощность при сварке 300 ампер при рабочем цикле 60%. Он может непрерывно сваривать при 300 А в течение шести минут, а затем должен остыть в течение оставшихся четырех минут, чтобы предотвратить перегрев.

Источники питания

, предназначенные для использования в легкой промышленности или дома / хобби, обычно имеют рабочий цикл 20% и номинальную выходную мощность 230 А или ниже.

Промышленные продукты, которые чаще встречаются в производственных условиях, обычно имеют рабочий цикл от 40 до 60 процентов с номинальной мощностью до 300 ампер. Промышленные изделия для тяжелых условий эксплуатации обычно имеют рабочий цикл от 60 до 100 процентов и номинальную выходную мощность не менее 300 ампер.

Одна из самых распространенных ошибок, которые делают люди — занижает размер источника питания из-за непонимания рабочего цикла. Недостаточно просто, чтобы источник питания мог обеспечить выходную мощность 300 ампер. Если вы работаете в производственной среде, и она может обеспечить только 300 А в течение четырех минут из каждых 10, это не оптимальное время горения дуги.

ПОНИМАНИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВХОДНОЙ ЭНЕРГИИ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
Источники сварочного тока должны соответствовать типу доступного основного источника питания: однофазный (дом, гараж, сарай), обычно 115, 200 или 230 В переменного тока; или трехфазный (промышленный), обычно 230, 460 или 575 В переменного тока.

Доступны технологии связывания / управления входной мощностью, которые автоматически принимают одно- или трехфазное питание, а также несколько напряжений без какого-либо ручного переключения.

Количество электроэнергии, потребляемой сварочной системой, в конечном итоге будет зависеть от типа выбранной вами системы.

Источники сварочного тока Консультанты по сварке сварочных инверторов, источников сварочного тока, сварочных аппаратов и других систем сварки и резки

ИСТОЧНИКИ СВАРОЧНОГО ПИТАНИЯ
Напа.Рави
Arcraft Plasma Equipments (I) Pvt Ltd.

РЕФЕРАТ

Введение в источники сварочного тока, различные типы, применения, полезные определения, относительные преимущества, недостатки, что такое инвертор в целом, различные силовые полупроводники, используемые в инверторах, различные топологии конструкции, сварочные инверторы Arcraft и сравнение затрат.

1. ВВЕДЕНИЕ

• W полировка — это процесс соединения двух металлов. Чтобы соединить два металла, требуется огромное количество тепла. Это тепло создается в виде электрической дуги. Для создания этой дуги требуется источник питания.
• E Вер. С тех пор, как процесс сварки вошел в область машиностроения, в области источников сварочного тока постоянно появляются инновации.
• T Выбор источника сварочного тока зависит от процесса сварки.
• T Вот два типа источников сварочного тока.
  1. источники постоянного тока.
  2. источники питания постоянного напряжения.
• Источник постоянного тока используется в процессах сварки MMAW и TIG.
• MMAW означает ручную дуговую сварку металла.
• TIG — сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа.
• Источник постоянного напряжения используется в процессах сварки MIG / MAG и SUBARC.
  1. MIG — сварка металла в среде защитного газа.
  2. MAG — сварка металла активным газом.
  3. SUBARC означает сварку под флюсом.
• O В нашем обсуждении будут рассмотрены источники питания, которые используются в процессах сварки MMAW и TIG
• Мы можем понять, что сварка может выполняться с использованием
  1. источник питания переменного тока.
  2.Источник питания постоянного тока.
• Ниже приведены типы источников сварочного тока, которые можно дифференцировать на основе параметров на основе значений.

2. РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ИСТОЧНИКОВ СВАРОЧНОГО ЭНЕРГИИ.

2.A. Источники питания переменного тока

А1. Трансформатор сварочный фиксированный.

А2. Сварочный трансформатор переменного тока (шунтирующий магнитный).
а) Утюг
б) Подвижная катушка

2.B. Источники питания постоянного тока.

Б1.Источник сварочного тока преобразовательного типа (сварочный выпрямитель).

B2. Выпрямитель сварочный тиристорный.

B3.Источник сварочного тока на основе чоппера.

B4. Инверторный источник сварочного тока.

3. НЕКОТОРЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1. Коэффициент мощности: отношение активной мощности к сумме активной и реактивной мощности. Следует отметить, что это векторная сумма, а не алгебраическая сумма.
2. Входная кВА: это произведение приложенного напряжения и тока, потребляемого от входного источника питания.
3. Однофазный вход, кВА: входное напряжение X входной ток
4.Вход, кВА, трехфазный:% 3 X Вход напряжения X Входной ток
5. Входная мощность:% 3 X Входное напряжение X Входной ток X Коэффициент мощности
6. Выходная мощность: выходное напряжение X выходной ток
7. Выходная мощность: входная мощность X КПД
8. Напряжение холостого хода: это напряжение, доступное на выходных клеммах источника сварочного тока, когда сварка не выполняется.
9.Напряжение нагрузки: это напряжение, доступное на выходных клеммах источника сварочного тока во время сварки, выраженное в вольтах.
10. Сварочный ток: это ток на выходе источника сварочного тока, выраженный в амперах.
11. Входной ток без нагрузки: это ток, потребляемый от входного источника питания, когда сварка не выполняется.
12. Скорость осаждения: это вес осажденного материала в единицу времени, выраженный в кг / час или кг / мин при заданном наборе условий.Это также зависит от источника питания. Он уменьшается из-за брызг и паров. В типичном тесте при использовании сварочных инверторов он увеличивается примерно на 15–20%.
13. Скорость плавления / выгорания: это скорость, с которой электрод определенного размера плавится заданным током, и выражается в см / мин. Он быстро увеличивается по мере увеличения тока, особенно для электродов малого диаметра.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

4.А1. Сварочный трансформатор фиксированного тока.

Преимущества:
1.Очень низкие начальные вложения
2. Простота использования и обслуживания.

Недостатки:
1. Очень высокий ток без нагрузки.
2. Нет контроля тока. Ток фиксирован, также зависит от электрода и входного напряжения.
3. Очень неэффективно.
4. Очень низкий коэффициент мощности.
5. Из-за 1 и 2 потребляет очень большой ток от предприятия электроэнергии. (см. таблицу).
6. Из-за 3-х эксплуатационных расходов высоки.
7. Низкое качество сварного шва.
8. Грубая сила тока.
9. Сварка на малых токах невозможна.
10. Крупногабаритное оборудование, при этом занимает большую площадь.
11. Плохая переносимость.
12. Сварка TIG / аргоном невозможна.
13. Невозможна сварка цветных металлов.
14. Более низкая скорость осаждения и эффективность осаждения.

4.A2. Сварочный трансформатор переменного тока (шунтирующий магнитный).

Подвижный стержень или Движущийся Утюг

Преимущества:
1.Очень низкие начальные вложения
2. прост в использовании и обслуживании

Недостатки:
1. Очень высокий ток без нагрузки.
2. Очень неэффективно.
3. Очень низкий коэффициент мощности.
4. Из-за того, что 1 и 2 потребляет очень большой ток от электросети. (см. таблицу).
5. Из-за 3-х эксплуатационных расходов высоки.
6.Низкое качество сварного шва.
7. Лучшее управление током по сравнению с предыдущим типом, но не удовлетворительное.
8. Крупногабаритное оборудование, таким образом, занимает большую площадь.
9. Сварка TIG / аргоном невозможна.
10. Сварка на малых токах невозможна.
11. Низкая производительность и эффективность наплавки

4.B2. Тиристорный сварочный выпрямитель.



Преимущества:
1.Умеренные первоначальные вложения
2. прост в использовании.
3. Умеренные навыки, необходимые для обслуживания оборудования.

Недостатки:
1. высокий ток без нагрузки.
2. Эффективность лучше, чем в предыдущих случаях, но невысока.
3. Низкий коэффициент мощности.
4. Из-за 1 и 2 потребляет большой ток от предприятия электроэнергии.
5.Из-за 3-х эксплуатационная стоимость высока.
6. Низкая скорость управления.
7. Лучшее качество сварки по сравнению с предыдущими типами.
8. Лучшее управление током по сравнению с предыдущими типами.
9. Крупногабаритное оборудование, поэтому занимает большую площадь.
10. Плохая переносимость.
11. Средняя скорость наплавки и эффективность.

5. ЧТО ТАКОЕ ИНВЕРТОР?
Инвертор, используемый в сварочном приложении, работает, как показано ниже.

• AC Напряжение сети используется как входное для сварочного оборудования.
• Соответствующим образом фильтруется и выпрямляется RFI / EMI.
• Это выпрямленное напряжение фильтруется, чтобы сделать его чистым постоянным током.
• Это постоянное напряжение подается на переключающее устройство через высокочастотный силовой трансформатор.
• Поскольку частота переключения очень высока, размер этого трансформатора становится очень маленьким по сравнению с его противоположными частями.
• Выход трансформатора понижен соответствующим образом.
• Это пониженное переменное напряжение снова выпрямляется с помощью диодов быстрого восстановления.
• Этот выход используется для сварки.
• Используются подходящие методы управления и обратной связи.

6. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ИНВЕРТОРАХ

6а.Тиристеры / SCR (выпрямители с кремниевым управлением)

• Доступны устройства очень большой емкости, которые очень прочные.
• Очень низкая частота срабатывания, которая находится в пределах звукового диапазона.
• Привод ворот прост и эффективен.
• Следовательно, габариты и вес оборудования большие.
• Так как рабочая частота хорошо попадает в звуковой диапазон, сварка очень шумная.
• Поскольку коммутация принудительная, большое и большее количество компонентов.
• Скорость регулирования тока низкая, поэтому очень низкий сварочный ток невозможен.
• Большие начальные импульсные токи.
• Сильное разбрызгивание и испарения. Низкое качество сварного шва.
• Большой внутренний нагрев из-за большого циркулирующего тока.

6б.БЮТ (Биполярные переходные транзисторы)

• Все вышеперечисленные недостатки устранены, но для этого требуется громоздкий и неэффективный базовый привод, что сложно и не подходит для больших мощностей.
• Транзисторы большой мощности чрезвычайно дороги.
• Поскольку технология совершенствуется с использованием IGBT и MOSFET, эти устройства не используются при сварке.

6с.МОП-транзисторы (полевые транзисторы на основе оксида металла и полупроводника)

• В этом устройстве цоколь заменен калиткой.
  Привод ворот прост и чрезвычайно эффективен.
  Очень высокая скорость переключения, следовательно, размер трансформатора становится маленьким.
  Легко возможна работа до 100 кГц.
• При более длительных рабочих циклах и более высоких мощностях размер сердечника трансформатора должен быть соответствующим образом выбран, чтобы соответствовать необходимому размеру медного проводника.
• Устройства большой емкости не пользуются популярностью из-за их стоимости и доступности.
• Следовательно, используется в источниках энергии малой и средней мощности.

6д. IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором).

• Это комбинация BJT и MOSFET.
• Очень простой и эффективный привод ворот.
• Устройства большой емкости доступны по разумной цене.
• Сокращает время сборки и обслуживания.
  Возможна работа намного выше звукового диапазона и, следовательно, работа без шума.
• Доступно только устройство для источников питания большой мощности. Потери мощности сопоставимы с полевыми МОП-транзисторами при малых мощностях и меньше при средних и более высоких мощностях.
• И, следовательно, можно применять концепции проектирования строительных блоков.

7.ДИЗАЙН ТОПОЛОГИИ.

а. Резонансные источники питания.
б. Источник питания ШИМ. (Широтно-импульсная модуляция)

7.a. Резонансные источники питания обладают недостатком в виде большого циркулирующего тока, большого размера из-за коммутирующих цепей. Следовательно, они менее эффективны. Они предлагают меньшую полосу управления и, следовательно, широкое изменение тока невозможно. Они производят меньше электромагнитных помех.Следовательно, они старого поколения для сварки. Они используются на очень высоких частотах, обычно от 400 кГц до 1000 кГц в области связи, где электромагнитные помехи вызывают серьезную озабоченность.

7.b. Источники питания PWM — это выбор дня, поскольку они предлагают большой и быстрый контроль. Проблема EMI снижается с помощью фильтров. Они обеспечивают широкий контроль тока, обычно от 3 до 400 А, что является очень широким диапазоном. Они предоставляют прекрасную возможность включить больше функций.Скорость коррекции исключительно важна для контроля скачков тока, которые необходимы при сварке TIG. Метод ШИМ обеспечивает плавное регулирование тока короткого замыкания и очень хорошую способность к повторному зажиганию дуги. Следовательно, это новейший и лучший выбор для сварки.

7. КАК ОБОРУДОВАНИЕ ARCRAFT ЛУЧШЕ, ЧЕМ ДРУГОЕ?

1. Предназначен для более широких колебаний входного напряжения.

2. Предназначен для более широких колебаний температуры окружающей среды.

3. Защищено от пониженного и перенапряжения, однофазного тока и перегрева.

4. Предоставляется столько функций, сколько требуется по выбору клиента.

5. Нет скачка тока, начинается с установленного значения тока.

6. Очень большое количество моделей на выбор.

7. Испытано и проверено на качество.

8. Исключительный дизайн и, следовательно, простота обслуживания.

9. Обученный персонал для оказания услуг на пороге.

10. Очень малое время простоя, так как все запчасти легко доступны.

11. Благодаря высокой рабочей частоте инвертора, очень низкая пульсация, благодаря чему сварочный ток является плавным и стабильным. Обеспечивается отличное качество сварного шва.

12. Равномерные сварные швы, небольшое количество брызг и меньше дыма.

13. Очень высокая производительность и эффективность наплавки.

14. Последняя технология ШИМ с использованием IGBT.

СРАВНЕНИЕ

• Возьмем, используется электрод для дуговой сварки 4мм
• Требуется сварочный ток 160 А при примерно 24 В
• Выходная мощность = 160 А X 24 В = 3840 Вт или 3.840 кВт
• Входное напряжение составляет 230 В переменного тока в случае однофазного источника питания и 415 В переменного тока в случае трехфазного входного источника питания. При сравнении в реальных измерениях входное и выходное напряжение должны быть точно измерены.

Параметр	Сварочный трансформатор	Сварочный выпрямитель	Сварочный инвертор
Ток холостого хода	от 4 до 5 А	от 4 до 5 А	0.От 3 до 0,5 А
Коэффициент мощности без нагрузки	0,2	0,2	0,99
Мощность без нагрузки	от 400 до 500 Вт	от 400 до 500 Вт	от 50 до 100 Вт
Выходная мощность	3.84кВт	3,84 кВт	3,84 кВт
КПД	0,6	0.6	0,9
Входная мощность	6.4 кВт	6.4 кВт	4.27 кВт
Коэффициент входной мощности	от 0,5 до 0,6	0,6	0,95
Входная кВА	12.От 8 до 10,66 при 230 В, 1 фаза	10,66 при 415 В, 3 фазы	4,5 при 415 В, 3 фазы
Входной ток	от 55 А до 46 А	14.8 А	6,3 А
Энергопотребление в течение 8 часов в день	51,2 кВтч	51,2 кВтч	34.16 кВтч
Энергопотребление за 250 дней в году	12,800 кВтч	12,800 кВтч	8540 кВт / ч
Стоимость электроэнергии — 5 рупий за кВт / ч	64000 рупий	64000 рупий	42,700 рупий
Превышение стоимости по сравнению с инвертором	21300 рупий	21300 рупий	—
Превышение входного тока от источника питания	48 А	8.5 А	—
Экономия на эксплуатационных расходах, как указано выше	—	—	21 300 рупий
Экономия входного тока	—	—	8.От 5А до 48А
Экономия установленной мощности	—	—	6.От 1 кВА до 11,0 кВА

Следовательно, есть экономия 21 300 рупий в год, если машина используется в течение одного года в течение 250 дней по 8 часов в день, то есть 2000 часов в год. Мы можем рассчитать то же самое для заданного количества используемых машин и часов, что существенно снизит расходы.

Также мы можем рассчитать экономию установленной мощности, что также позволит сэкономить на счетах за электроэнергию.

Этот расчет сделан для электрода 4 мм, и для электродов большего размера экономия будет еще больше.

Типы сварочного процесса и источники питания

Выберите подходящий источник питания

Типы источников сварочного тока определяются тем, как они модулируют электрические токи и какой процесс дуговой сварки лучше всего поддерживается этой модуляцией:

Постоянный ток (DC)

Источник постоянного тока — это поток электронов в одном направлении через цепь.При сварке он создает более стабильную дугу и более плавный выход. Его можно использовать для сварки с отрицательным заземлением, или можно изменить направление потока электронов на положительное заземление с обратной полярностью.

Переменный ток (AC)

Источник питания переменного тока — это двунаправленный поток электронов, в котором полярность смещается сто или более раз в секунду с отрицательной земли на положительную. Дуга, как правило, менее стабильна, и сварку труднее контролировать. Однако сварка на переменном токе может разрушить образование оксидов и обеспечить более чистую сварку в некоторых процессах.

Импульсный ток

Это форма сварки постоянным током, при которой ток переходит от высокого пикового тока к более низкому фоновому току с частотой, определяемой оператором. Это сужает дугу, обеспечивая большее проплавление при одновременном снижении воздействия на окружающие материалы. В результате сварка импульсным током является отличным выбором для сварки тонких металлов или выполнения глубоких сварных швов на более толстых материалах.

Импульсное напряжение и нагрев

Импульсные источники питания GMAW фокусируются на управлении импульсным напряжением и теплом, подаваемым на расходуемый электрод.Управление импульсным напряжением (нагревом) и скоростью подачи проволоки позволяет лучше контролировать процесс плавления проволоки и скорость наплавки. Адаптивный импульсный GMAW тщательно контролирует обратную связь и автоматически компенсирует дугу, чтобы дуга оставалась стабильной, несмотря на изменения сварщика, а также разницу в высоте и положении стыка.

Дополнительные элементы для рассмотрения

После того, как вы определились с процессом сварки и выбранным типом источника питания, вам следует рассмотреть еще несколько ключевых элементов для определения размера, включая:

Ваш источник питания должен соответствовать типу доступной входной мощности.Количество электроэнергии, которое необходимо вашей сварочной системе , в конечном итоге будет зависеть от типа выбранного вами источника питания.

• Однофазный : 115, 200 или 230 В переменного тока
• Трехфазный: 230, 460 или 575 В переменного тока

Толщина материала

Проще говоря, чем толще материал, тем больше требуется энергии.

Рабочий цикл

Рабочий цикл — это процент продолжительности включения дуги, который источник сварочного тока может работать в заданный период.Одна из самых распространенных ошибок сварщиков — занижение мощности источника питания. Важно понимать, какую силу тока ваш источник питания может генерировать при любом заданном рабочем цикле, и убедиться, что ее более чем достаточно для удовлетворения ваших требований.

Разобраться в типах сварочных процессов и источниках питания — задача непростая и непосильная, но надежный источник питания прослужит вам долгие годы.

О Bancroft Engineering

Наши инженеры могут помочь вам выбрать лучший источник питания для ваших сварочных нужд! Bancroft предлагает индивидуальных сварочных систем и разнообразное стандартизированное полуавтоматическое сварочное оборудование на складе, такое как позиционеры, сварочные аппараты Welda-Round, сварочные аппараты, сварочные станки и многое другое!

Источники питания для дуговой сварки экранированных металлов (Stick)

Первая часть успеха в сварке штучной сваркой или дуговой сварке в среде защитного металла — это убедиться, что у нас есть источник питания, способный выполнять эту работу.Для выполнения дуговой сварки в среде защитного металла нам необходим источник постоянного тока. Это тип аппарата, который вырабатывает сварочную мощность, при которой напряжение падает с увеличением силы тока. некоторые люди называют это машиной с падающим наклоном в связи с кривой вольт-ампер, полученной путем нанесения выходного сигнала машины на график.

Один из способов определить источник постоянного тока — это когда основная ручка на лицевой стороне машины регулирует силу тока. Если вы не видите на приборе ручки для регулировки силы тока, но можете найти ручку для регулировки напряжения, у вас есть источник питания с постоянным напряжением.Источник постоянного напряжения обычно используется для таких процессов подачи проволоки, как MIG и дуговая сварка с флюсовым сердечником, о которых мы поговорим в другой статье. Мы можем выполнять сварку MIG с помощью источника постоянного тока при условии, что у нас есть надлежащий механизм подачи проволоки с датчиком напряжения, такой как LN-25 от Lincoln Electric.

Понимая, что нам нужен источник постоянного тока для электродной сварки, теперь мы можем рассмотреть, какие типы вариаций доступны для источника постоянного тока.

Машина с приводом от двигателя — это машина, которая приводится в действие бензиновым или дизельным двигателем внутреннего сгорания.Генератор с вращением двигателя производит сварочную мощность. Эти типы машин отлично подходят, когда у нас нет локального источника энергии. Это тот тип оборудования, который нам нужен, если мы собираемся выполнять сварку электродом или дуговую сварку в экранированном металле в удаленном месте, возможно, вдали от мастерской. Двигатель обычно работает в режиме холостого хода, а затем набирает обороты и увеличивает обороты, когда мы зажигаем дугу и начинаем сварку.

В отличие от других сварочных аппаратов, которые подключаются к стене, этот тип аппарата требует дополнительного обслуживания для ухода за двигателем, который является сердцем источника питания.Кроме того, это не тот тип машины, который мы хотели бы использовать, если нам нужно сваривать, а источник питания должен находиться в помещении. Выхлопные газы двигателя быстро портят дыхание и атмосферу.

Если у нас есть возможность подключаться к стене и получать питание от местной электросети, наши возможности немного разнообразнее.

Самый простой сварочный аппарат, работающий от электричества, — это трансформатор. Трансформаторная машина забирает низковольтную энергию высокого напряжения от электросети и преобразует ее в сильноточную мощность низкого напряжения, которую мы используем для сварки.Эта машина обычно имеет внутри большой трансформатор, а также больше и тяжелее, чем сопоставимая инверторная машина. Эти типы машин обычно вырабатывают только переменный ток.

Есть еще один тип машины, очень тесно связанный с трансформатором, трансформаторно-выпрямительный агрегат. Трансформаторно-выпрямительная машина — это трансформаторная машина, в которой установлена ​​выпрямительная схема, позволяющая машине вырабатывать мощность постоянного тока из входного переменного тока, полученного от электросети.В зависимости от того, как у нас настроены кабели к выходным наконечникам на передней части машины, мы можем производить сварочную мощность в режиме постоянного тока либо с положительным, либо с отрицательным электродом. Какую полярность мы можем выбрать, будет зависеть от выполняемой работы, в которой работали электроды, которые мы выбрали для использования.

Инверторы кажутся современной тенденцией в сварочной промышленности. Инверторные машины устраняют большой тяжелый трансформатор и заменяют его электронными схемами и печатными платами.Большинство инверторных машин способны вырабатывать как переменный, так и постоянный ток. Одной из характеристик инверторных машин является то, что они, как правило, меньше по размеру и легче по весу, чем аналогичные трансформаторы. Инверторные машины также способны изменять форму волны и частоту выходной мощности способами, на которые трансформаторные машины не способны. Долговечная сварка наряду с другими производителями применяла эту технологию. Это похоже на будущее источников сварочного тока.

Компания Longevity предлагает широкий ассортимент сварочных аппаратов, способных удовлетворить все ваши потребности в сварке. Stickweld 140 — отличный аппарат для дуговой сварки экранированным металлом в вашем цехе. Посетите веб-сайт Longevity (www.longevity-inc.com) или канал YouTube (www.youtube.com/longevitywelding) для получения дополнительных сведений и информации о сварке.

все, что вам нужно знать

Сварка TIG (вольфрамовый инертный газ), также называемая дуговой сваркой вольфрамовым электродом (GTAW), использует тугоплавкий электрод, обеспечивающий передачу энергии к заготовке в виде электрической дуги, возникающей между заготовкой и электрод.Эта энергия плавит материалы, чтобы соединить их.

Как работает источник тока для сварки TIG?

Источник питания позволяет пользователю программировать и контролировать параметры сварочного процесса. Если вы используете «ручной» источник питания для сварки TIG, основным параметром будет постоянная сила тока энергии и регулируемые тепловые посадки в амперах энергии сварки. Оба параметра определяются до начала цикла сварки и не меняются во время цикла.

Энергия зависит от типа тока (постоянный, импульсный или нет), напряжения дуги (расстояния между электродом и трубкой) и скорости движения электрода.

Во время процесса ручной сварки расстояние между электродом и трубкой изменяется в зависимости от движения руки сварщика. Скорость перемещения электрода также определяется сварщиком.

На основании этих соображений легко понять, что при использовании процессов ручной сварки энергия, передаваемая на заготовку, не является постоянной.Стабильность зависит от сноровки сварщика — очевидно, что повторить процесс сварки трудно. Для более требовательных приложений энергия сварки должна контролироваться в течение всего процесса .

Импульсный ток можно использовать для ручной сварки. В этом случае ток является импульсным и колеблется между двумя наборами значений в течение всего цикла. При использовании импульсного тока средний объем сварочной ванны становится меньше, и ею легче управлять.

Источник питания TIG: ручная и орбитальная сварка: в чем разница?

Орбитальный источник питания TIG

предназначен для работы со сварочной головкой, заменяющей руку сварщика.. Но между ними есть некоторые важные различия. Источник питания для орбитальной сварки оснащен сварочной головкой, заменяющей руку сварщика. Это позволяет контролировать больше параметров сварки по сравнению с ручным источником сварочного тока.

• Скорость сварки : электронная плата контролирует мощность двигателя, а также скорость. Источники питания также могут быть оснащены дополнительными картами для управления механизмом подачи проволоки, регулятором напряжения дуги (AVC), который регулирует расстояние между электродом и заготовкой, и, наконец, колебанием, которое обеспечивает боковое движение электрода для приложений. труб со скошенной кромкой с большой толщиной стенки.
• A более интеллектуальный интерфейс Человек-машина для управления программами сварки позволяет автоматически регулировать энергию, передаваемую на заготовку, в соответствии с положением сварки электрода во время сварки.
• Большинство источников питания оснащены цифровым блоком управления , используемым для расхода газа сварочной головки, а также для обратного газа.
• Сбор данных во время сварки
• Некоторые источники питания имеют более сложные электронные карты карты , которые могут управлять практически любым двигателем: постоянным током (DC), шаговыми двигателями, бесщеточными двигателями, с кодером или без него, с тахиметром или без него.Генераторы AXXAIR также могут управлять сварочными головками конкурентов.

Зачем нужен источник питания TIG?

Доступны ручные и орбитальные источники питания с различными потребляемыми электрическими мощностями, которые обычно определяются максимальным сварочным током (200 А, 210 А, 300 А, 400 А или более), а также электрическим напряжением 110 или 220 В в «автолайн». »(Источник питания автоматически распознает электрическое напряжение от 110 В до 220 В), 380 В или 440 В.

Необходимый ток зависит от вида сварки и в случае орбитальной сварки труб и толщин стенок труб.

Благодаря использованию орбитального источника питания сварочный ток полностью контролируется в любую секунду цикла. Единственный вариант, который может возникнуть при сварке без контроля напряжения дуги, зависит от геометрии заготовки. По этой причине мы настоятельно рекомендуем использовать точные допуски на заготовку для труб и фитингов.

Безупречная подготовка перед сваркой так же важна, как и сам процесс сварки, что позволяет точно контролировать энергию сварки и, следовательно, воспроизводимость процесса. Таким образом, орбитальные сварные швы требуют менее частого контроля, поскольку частота повторения составляет 99% или более в зависимости от применения.

Короче говоря, орбитальный источник питания облегчает контроль параметров и обеспечивает более стабильные повторяющиеся швы. Используя этот источник питания, вы можете полностью отслеживать процесс сварки, что является обязательным для некоторых промышленных приложений.

Загрузите наш каталог, чтобы узнать больше о наших источниках питания для орбитальной сварки TIG.

Источник питания постоянного напряжения — обзор

4.8 Модуляция мощности системы дуговой сварки

Из-за динамического поведения дуги ток и напряжение непрерывно изменяются во время дуговой сварки. Мощность дуги регулируется сварочным током и напряжением. Ток положительно влияет на скорость плавления расходуемого электрода, присадочного материала и основных материалов [111].Напряжение влияет на длину дуги и сварочный ток [72]. Источник питания постоянного тока обычно используется для GTAW или PAW, тогда как источник питания постоянного напряжения используется для процесса GMAW. В GTAW или PAW ток задается заранее, и любые изменения сварочного тока из-за изменения длины дуги не являются критическими из-за использования неплавящегося электрода и отдельно используемого присадочного материала. В GMAW предварительно устанавливаются напряжение и скорость подачи проволоки, а сварочный ток регулируется скоростью подачи проволоки [72].Изменение скорости подачи проволоки изменяет длину дуги и напряжение дуги, что, в свою очередь, изменяет ток дуги и скорость плавления электрода для поддержания равновесной длины дуги.

Обычная GTAW обычно выполняется с источником питания переменного тока, потому что это предотвращает перегрев электрода, удаляет оксиды во время положительной фазы и сильно нагревает заготовку во время отрицательной фазы. Источник переменного тока также используется в процессе GTAW с гибридным лазером [86,111]. Использование источника постоянного тока в гибридном CO ₂ лазере GTAW приводит к более высокому потреблению энергии и увеличению срока службы электродов [56].Источник питания постоянного тока с положительным электродом используется в обычном процессе GMAW, а также в гибридном лазерном процессе GMAW, который увеличивает скорость осаждения [112]. Использование импульсного режима в обоих процессах, гибридном лазерном GTAW или гибридном лазерном GMAW, снижает количество брызг и зоны термического влияния. Ширина импульса и частота импульсов являются дополнительными параметрами, которые необходимо контролировать при использовании импульсного тока [70]. Ширина импульса определяет длительность импульса (пиковый ток), а также влияет на размер металлической капли и ширину дугового конуса [113].Частота импульсов управляет общим подводом тепла к зоне сварки [34]. Импульсная дуговая сварка в сочетании с импульсным лазером также может использоваться для гибридной лазерной дуговой сварки [51].

Режим переноса металла является важным фактором, на который влияют мощность дуги, вылет электрода и диаметр электрода, расстояние от лазера до дуги, а также состав защитного газа и давление газа [39,106]. Во время дуговой сварки наблюдаются три различных режима переноса металла: перенос / распыление, гравитационный / глобулярный перенос и перенос при коротком замыкании [12].Величины и направления электромагнитной силы и силы сопротивления плазмы, действующей на каплю, влияют на поведение капель [114,115]. Температурное поле, структура потока жидкости и геометрия сварочной ванны сильно зависят от процесса столкновения капель из-за передачи массы, энергии и количества движения в сварочную ванну [116]. Перенос распылением более предпочтителен при гибридной лазерной дуговой сварке, чтобы обеспечить глубокое проплавление из-за высокого тепловложения на единицу длины при поддержании высокой скорости сварки [98].Меньшая турбулентность сварочной ванны наблюдается при использовании переноса металла в режиме распыления из-за выброса мелких капель присадки в сварочную ванну [117]. Использование импульсного тока улучшает передачу режима распыления металла, поскольку использование пикового тока при небольшой длительности импульса и частоте импульсов влияет на образование металлических капель и часто отрывает их, что снижает вероятность образования более крупных капель, что является характерной особенностью гравитационного переноса [ 70]. Режим глобулярного переноса металла наблюдается для небольшого расстояния между лазером и электродом, тогда как режим распыления достигается при увеличении расстояния разделения [118].

Отношение мощности лазера к мощности дуги также является важным фактором для гибридной лазерной дуговой сварки, который влияет на геометрию сварного шва, металлургические свойства сварного шва, остаточные напряжения и характер деформации [9,59,83]. Это уравновешивает влияние лазерного луча и дуги на общую сварочную ванну.