Книги, научные публикации Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | -- [ Страница 1 ] --

МНСТЕРСТВО ОСВТИ НАУКИ УКРАпНИ Укранський державний морський технчний унверситет мен адмрала Макарова С.В.Драган Джерела живлення

для зварювання плавленням Рекомендовано Мнстерством освти науки Украни як навчальний посбник для студентв технчних вузв унверситетв Миколав УДМТУ 2002 УДК 621.791.7(075.8) ББК 34.641 Д 72 Рекомендовано Мнстерством освти науки Украни як навчальний посбник, лист № 14/18.2 - 708 вд 24.05.2001 р.

Рецензенти:

доктор технчних наук, професор Юрй Михайлович Лебедв;

доктор технчних наук, професор Юрй Пантлейович Кондратенко Драган С.В.

Д 72 Джерела живлення для зварювання плавленням: Навчальний посб ник. - Миколав: УДМТУ, 2002. - 320 с., з л.

ISBN 5-87848-073- Розглянуто електричн характеристики зварювально дуги та енер гетично системи "джерело живлення - дуга - ванна", х взамозв'язок.

Наведено теоретичн основи конструкц зварювальних джерел постйного змнного струму.

Розглянуто основн типи сучасних джерел живлення для зварюван ня плавленням та спорднених технологй, наведено рекомендац щодо рацонального вибору джерел для заданих способв зварювання.

Посбник призначений для студентв, що навчаються за напрямом 0923 "Зварювання" та може використовуватися студентами напрямв 1002 "Корабл та океанотехнка", 0905 "Енергетика", 0922 "нженерна механка".

УДК 621.791.7(075.8) ББК 34. Драган С.В., Видавництво УДМТУ, ISBN 5-87848-073- ВСТУП Зварювання - це технологчний процес отримання нерозТмних зТднань як металевих, так не металевих виробв. Зварювання за видами подляться на зварювання тиском та зварювання плавленням. Найбльш поширене електричне зварювання плавленням, у якому провдне мсце посда дугове зварювання. Фзичний процес дугового зварювання рунтуться на проходженн електричного струму велико густини через газовий промжок. Цей процес вперше був описаний росйським вченим В.В.Петровим у 1803 р.*) отримав назву дугового розряду.

Дуговий розряд збуджуться та пдтримуться енергю, що ство рються джерелом живлення постйного або змнного струму. Конструкця та параметри джерела залежать вд його технологчного призначення. Про тягом стор зварювання створено багато рзномантних джерел живлення:

вд простих трансформаторв, генераторв та випрямлячв до досить склад них сучасних джерел зварювального струму з застосуванням нверторно технки та компТютерного керування.

Джерела живлення дуги можуть експлуатуватися як самостйний вид обладнання, так у склад зварювальних установок та комплексв. Однопо стове джерело живлення може використовуватися для ручного дугового зварювання покритим електродом, для механзованого зварювання плав ким електродом в середовищ захисного газу або порошковим дротом, для механзованого (автоматичного) зварювання пд флюсом.

*)Сво дослди з дугою В.В.Петров описав у книз "Известие о гальвани вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров посред ством огромной наипаче баттереи, состоящей иногда из 4200 медных и цинковых кружков, и находящейся при Санкт-Петербургской Медико-Хирургической Академии".

- С.Пб.,1803.

Якщо на одному робочому мсц виника необхднсть зварювання рзними способами, застосовують бльш складн унверсальн джерела живлення.

Сучасна концентраця виробництва приводить до того, що на багатьох суднобудвних, машинобудвних пдпримствах, у будвництв ма мсце зосередження велико клькост зварювальних поств на обмеженй площ або на рзних рвнях вдносно поверхн земл. У цих випадках доцльна ор ганзаця багатопостових систем живлення зварювальним струмом з вико ристанням особливого типу джерел живлення - багатопостових або шля хом паралельного пдключення однопостових джерел.

Перелчен вище джерела обТднан в групу джерел загальнопроми слового призначення. Суттво вдрзняються вд них за конструкцю так зван спецалзован зварювальн джерела живлення для зварювання не плавким електродом у захисному газ, мпульсно-дугового зварювання, для плазмового зварювання та рзання, електронно-променевого зварювання, струмом високо частоти, електрошлакового тощо.

Мета цього посбника - викладення та систематизаця найбльш важ ливих питань щодо теоретичних основ будови джерел живлення для зва рювання плавленням, принципових електричних схем та конструкц типо вих джерел, методв регулювання вихдних параметрв, визначення облас тей найбльш ефективного використання джерел.

При складанн даного посбника автор врахував, що "Джерела жив лення для зварювання" - базова нормативна дисциплна освтньо професйно програми пдготовки бакалаврв з напряму "Зварювання", а також те, що загальн вдомост про це обладнання для зварювання розгля даються при вивченн технологчних дисциплн напрямв "Корабл та океа нотехнка", "Енергетика", "нженерна механка".

Навчальний посбник складаться з 10 глав та додатку. Перша глава присвячена електричним властивостям зварювально дуги, яка основним видом навантаження джерела живлення;

глави 2Ц9 - теор, конструкц та методам регулювання джерел живлення рзного призначення;

глава 10 - технц безпеки та охорон прац при експлуатац зварювальних джерел живлення. У додатку наведено головн технчн характеристики сучасних джерел живлення втчизняного та закордонного виробництва.

Посбник написаний вдповдно до навчально програми дисциплни "Джерела живлення для зварювання", тому в кнц роздлв надано прикла ди практичного використання основних понять та теоретичних вдомостей, а також питання для самоконтролю знань, як складовими частинами комплексного контрольного завдання з дисциплни.

Матерали посбника можуть бути використан також у практичнй робот нженерно-технчними працвниками зварювального виробництва.

Автор висловлю подяку професору Ю.М. Лебедву та професору Ю.П. Кондратенку за цнн поради та зауваження при пдготовц рукопису.

Глава ЕЛЕКТРИЧН ВЛАСТИВОСТ ЗВАРЮВАЛЬНОп ДУГИ Зварювальною дугою називаться потужний електричний розряд у си льно онзованй сумш газв парв рзномантних матералв, що звичайно протка при атмосферному тиску. Гази пари при низьких температурах складаються з нейтральних молекул атомв, тобто на вдмну вд метале вих провдникв, не мстять вльних електронв. Тому газовий промжок, у якому виника потужний дуговий розряд, ма бути онзованим - мстити електрони та они. Для онзац газово молекули або атому м необхдно надати енергю онзац, тобто енергю видлення з нейтрального атома або молекули одного електрона з утворенням позитивного она.

1.1. Збудження дугового розряду Виникнення (збудження) зварювально дуги можливо здйснити двома способами: 1) розсувом двох струмонесучих попередньо замкнених елект родв;

2) як розвиток дугового розряду з нестйкого перехдного скрового розряду.

Розряд при струмах силою 10Ц1Е103 А обТднаний загальною назвою - дуговий розряд (рис.1.1).

Механзм збудження ду ги псля короткого замикання пояснються тим, що змкнення реальних твердих тл при невеликому тиску здйснються, як вдомо, не великою клькстю мкро виступв. Струм, який прохо дить крзь них, створю висо ку густину, виклика швид кий нагрв та випаровування контактних мсткв. У цих мсцях метал пднжжя вис Рис.1.1. Статична вольт-амперна характеристика електричного розряду тупв розгрваться до температури кипння, що на деяких металах приво дить до термоелектронно емс. При розведенн кнцв електродв у цих умовах напруженсть електричного поля достатня для потужно електро статично емс електронв з поверхн катода появи у розрядному промжку вльних електронв. Зткнення електронв з атомами газу викли ка х онзацю, розмноження носв струму та подальший розвиток розря ду. Для збудження дугового розряду таким способом достатня напруга на кнцях електродв 50...100 В.

Перехд скрового розряду в дуговий вдбуваться в газ мж електро дами при атмосферному тиску пд дю напруги, яка спроможна викликати пробй промжку, тобто онзацю газового атома або молекули.

При збудженн дуги високою напругою розвиток проходить стад скрового, темного та жеврючого розрядв, що переходять по мр зро стання струму в дуговий. Прикладене до електродв високочастотне поле також приводить до збльшення клькост актв онзац на кожен заряд.

Електричне поле високо частоти та напруги створються спецальним пристром - осцилятором. Докладно роботу осцилятора буде розглянуто у глав 6.

Для стйкого збудження дуги способом пробою розрядного промжку треба мати напругу 3...5 кВ.

1.2. Процеси у зварювальнй дуз постйного струму.

Розподл потенцалу вздовж дуги При розгляд фзичного процесу дугового зварювання використову ють просту каналову модель, згдно з якою зварювальну дугу постйного струму зображують у вигляд цилндра, який складаться з трьох длянок (рис.1.2,а) спираться свою нижньою основою на вирб. За зовншнми ознаками зварювальну дугу практично неможливо роздлити на будь-як конкретн зони, тому що весь розрядний промжок мж електродом та виробом явля собою свтний онзований газ.

Незважаючи на це, в контактних областях електрод - онзований газ - вирб знаходяться промжн шари газу, температура яких значно нижче за температуру онзованого газу. Тому умовно дуговий промжок зобра жують трьома длянками: катодна область, стовп дуги та анодна область.

Рис.1.2. Схема розподлу дугового промжку на длянки (а) та спад потенцалу в них (б) У приелектродних областях на поверхнях катода та анода виникають активн плями. Активна пляма катода джерелом вльних електронв, а ак тивна пляма анода - мсцем нейтралзац електронв. Через активн плями катода анода проходить весь зварювальний струм, тому вони найбльш розгртими.

Катодна область. Поблизу катода зварювально дуги ма мсце складна сукупнсть процесв, завдяки чому струм з вдносно холодного катода проходить у гарячу плазму. Струм може переноситися електронами емс та онами плазми стовпа дуги. Через велику рухомсть електронв поблизу катода створються нескомпенсований обТмний заряд, що забез печу катодне падння потенцалу Uк (рис.1.2,б). Катодне падння по тенцалу Uк при змн струму в широкому дапазон змнються мало. Воно залежить вд захисного середовища та матералу електрода, з якого вини ка розряд. Значення катодного падння потенцалу важко замряти, тому можна приймати його узагальнене значення для дуги, що горить у повтр, згдно з табл 1.1.

Довжина катодно област склада lк = 10Ц6Е10Ц7 м дорвню довжин вльного пробгу електрона;

напруженсть електричного поля у цй област найбльша досяга Eк = 1,5108 В/м. В катоднй област здйснються при скорення електронв, емтованих з катода онв, що рухаються до катода.

Внаслдок мало енерг електронв спвударяння тут носять головним чи ном пружний характер, тому ця область розряду практично не ви промню. Характерним для ц област також надлишковий позитивний обТмний заряд, викликаний тим, що швидк електрони залишають скорше, нж повльн позитивн они.

Таблиця 1.1. Катодний потенцал елементв Елемент Fe Cu Al C Значення UК, В 15 13 13,5 Стовп дуги. Основний обТм дугового розряду займа стовп дуги - область, у якй електричне поле слабке. Швидк електрони, як потрапля ють з катодно област до стовпа дуги, у щльному газ швидко передають свою енергю важким частинкам - онам, атомам, молекулам. Стовп дуги вважаться квазнейтральним тому, що у кожному перерз стовпа одна кова кльксть негативно позитивно заряджених частинок. При рус за ряджених та нейтральних частинок у стовп дуги вдбуваться х спвудар, що виклика онзацю стовпа дуги. Ступнь онзац газу дуже мала ви значаться температурою стовпа дуги, потенцалами онзац та збудження компонентв газово сумш парв, що знаходяться у дуговому промжку.

Завдяки високй температур газу у стовп дуги (6000...8000 С) голов не значення ма термчна онзаця. Одночасно у стовп дуги проходить протилежний онзац процес - рекомбнаця, яка супроводжуться елек тромагнтним випромнюванням у широкому дапазон частот коливань:

вд нфрачервоного до ультрафолетового.

Пд дю поздовжнього електричного поля у стовп дуги заряджен частинки отримують спрямовану швидксть. Через те, що они важч вд електронв, швидксть х руху незначна, тому онним струмом можна не хтувати. Струм у стовп дуги обумовлений головним чином рухом елек тронв, тобто подбний до струму у металевих провдниках.

Стовп дуги характеризуться паднням потенцалу U c, опором Rc та довжиною lc. Падння потенцалу стовпа дуги суттво залежить вд сили зварювального струму д, захисного середовища, матералу електродв може змнюватися у широких межах: Uc = 6...40 В. Довжина стовпа дуги склада вд одного до деклькох десяткв млметрв, напруженсть елек тричного поля у цй област Ес (2...5) 10 3 В/м.

Падння потенцалу у стовп дуги приблизно можна визначити за формулою U c = I д Rc, (1.1) lд де Rc = - опр стовпа дуги в сталому стан. Тут S - площа перерзу дуги S (приблизно перерз електрода);

- питома електропровднсть газового промжку.

Анодна область. Анодна область, як катодна, характеризуться рзким збльшенням напруженост поля. Тут часто спостергаться звужен ня струмового шнура. Анод не емту они , вдповдно, струм поблизу нього переноситься тльки електронами. Позитивн они спрямовуються пд дю поля в бк стовпа дуги поблизу анода виника область негатив ного обТмного заряду.

Довжина анодно област спвмрна катоднй, а анодне спадання по тенцалв практично не залежить вд струму склада Ua = 2Е4 В. Напру женсть електричного поля в аноднй област досяга Еа = 10 7 В/м.

Обмеження площ поперечного перерзу стовпа дуги приводить до зниження площ активно плями анода, зони перемщування , як наслдок, - до збльшення концентрац енерг та температури анодно об ласт дуги. Зварювальна дуга з обмеженою площею поперечного перерзу стовпа дуги називаться стисненою.

Пд час горння дуги поблизу активних плям катода й анода внаслдок випаровування металу електрода та виробу виникають потоки онзованого газу, так зван плазмов. Вони пдтримують перпендикулярний напрям стовпа дуги вдносно поверхн активних плям катода й анода та визнача ють при зварюванн глибину проплавлення виробу висоту валика шва.

Активн плями хаотично перемщуються по поверхн катода й анода, що приводить до хаотичного перемщення у простор плазмових потокв. Пд час горння дуги це збльшу анзотропю дугового промжку.

Таким чином, внаслдок рзних фзичних процесв в областях зварю вально дуги розподл потенцалу вздовж не нервномрний, тому дуга нелнйним елементом електричного зварювального кола.

Сумарне падння потенцалу в дуз можна розрахувати за формулою lc U д = U к + U a + U c U к.а + д. (1.2) S Напруга в дуз зроста прямо пропорцйно довжин. Для зварюваль но дуги при плавкому електрод характерно U к > U a та U к.a > U c. Тепло, що видляться у приелектродних областях, витрачаться на нагрвання та плавлення електрода виробу.

Кожен спосб зварювання характеризуться свом значенням напруги в дуз, а в цлому вона може змнюватися у межах U д = 12...52 В.

Залежност U д вд матералв електродв, захисного середовища, сили струму та опору дуги дозволяють визначити параметри зварювального джерела живлення, як забезпечують стйке горння дуги та яксне форму вання шва.

1.3. Статичн вольт-амперн характеристики зварювально дуги При будь-якому способ зварювання при сталй довжин дуги напруга в нй певним чином залежить вд сили струму. За довжину дуги звичайно приймають довжину стовпа дуги, нехтуючи при цьому незначною довжи ною приелектродних областей. Залежнсть напруги в дуз вд сили зварю вального струму при постйнй довжин дуги називають статичною вольт амперною характеристикою дуги (СХД), тобто це графк функц U д = f ( I д )lд =const. Внаслдок того, що зварювальна дуга нелнйною д лянкою зварювального кола, для визначення статично характеристики використовують поняття динамчного (диференцального) опору:

U д dU д R диф = lim = m R tg, (1.3) д dI д I д Mн де mR = - вдношення масштабв напруги струму на графку вольт Мс амперно характеристики;

- кут нахилу дотично у данй точц вольт амперно характеристики до ос струмв. Залежно вд значення дифе ренцального опору за умови, що нш параметри дуги не змнюються, снують три форми СХД: спадна, жорстка та зростаюча (рис.1.3).

Спадну вольт-амперну характеристику (рис.1.3,а) мають дуги, що в льно горять у повтр або в аргон при сил зварювального струму до 80...100 А (густин струму 5Е25 А/мм2). Зниження напруги в дуз при зб льшенн зварювального струму пояснються тим, що оскльки падння по тенцалу в приелектродних областях майже не залежить вд зварювального струму, то сумарна напруга в дуз визначаться паднням потенцалу в стовп дуги. В дуз, що вльно горить у повтр, при збльшенн струму бльш нтенсивно протка онзаця, зроста провднсть стовпа дуги та площа його поперечного перерзу. В зварювальнй дуз, що вльно горить у середовищ аргону, збльшення провдност стовпа дуги супроводжуться нтенсивною онзацю захисного газу з зростанням його температури. На длянц спадно СХД динамчний опр - величина вдТмна, тобто dU д Rдиф < 0, або < 0.

dI д Жорстку вольт-амперну характеристику (рис.1.3,б) мають зварювальн дуги при струмах у дапазон 80...400 А (густин струму 30Е125 А/мм2).

Напруга в дуз у цьому випадку визначаться сумарним паднням по тенцалу в приелектродних областях та стовп дуги, площа поперечного перерзу якого зроста пропорцйно збльшенню зварювального струму;

провднсть дугового промжку при цьому не змнються. На длянц жор стко СХД динамчний опр дорвню нулю, тобто dU д Rдиф = 0, або =0.

dI д Зростаючу вольт-амперну характеристику (рис.1.3,в) мають дуги при струмах вище 400 А (густин струму бльше 150 А/мм2). Напруга в дуз в цьому випадку збльшуться не за рахунок зростання площ поперечного Рис. 1.3. Статичн вольт-амперн характеристики дуги перерзу активно плями катода, яка займа весь торець електрода, а внаслдок збльшення концентрац зарядв у нй. Це приводить до нтенсивного спаду потенцалу в приелектроднй област катода, яке складовою частиною напруги в дуз. В област зростаючо СХД ди намчний опр - величина додатня, тобто dU д Rдиф > 0, або >0.

dI д При збльшенн довжини дуги, згдно з рвнянням (1.2), статична ха рактеристика дуги, незалежно вд форми, еквдистантно перемщуться уверх.

В загальному вигляд характер змни напруги в дуз можна пояснити за допомогою рвняння (1.2) тому, що залежност U д = f ( I д ) аналогчн однй з длянок СХД, наведенй на рис.1.4. Кожна з длянок ц узагаль нено СХД характерна для певного способу дугового зварювання.

Рис. 1.4. Узагальнена статична вольт-амперна характеристика дуги Так, зварювання покритими електродами та вольфрамовим електро дом виконують з застосуванням невелико густини струму, тому СХД для цих способв зварювання - спадна. При ручному дуговому зварюванн на форсованих режимах СХД - жорстка. Напруга в дуз змнються у межах U д = 12...30 В.

При зварюванн пд флюсом дротом малого даметра та при великих зварювальних струмах вольт-амперна характеристика дуги пологозро стаюча U д = 25...40 В.

При зварюванн плавким електродом у середовищ двоокису вуглецю, механзованому та автоматичному зварюванн самозахисним та порошко вим дротом у газовому середовищ ( U д = 25...35 В), а також при зварю ванн неплавким електродом у середовищ аргону стисненою дугою - СХД зростаюча.

Статична вольт-амперна характеристика дуги опису зварювальний процес у сталому режим. Для описання зварювального процесу у реаль ному масштаб часу використовують залежнсть миттвих значень напруги в дуз вд зварювального струму. Така залежнсть називаться динамчною вольт-амперною характеристикою дуги (ДХД). Форма ц характеристики визначаться властивостями джерела живлення, вд яких залежить стйксть зварювального процесу при живленн дуги як постйним, так змнним струмом.

Електричн властивост джерела живлення при робот у статичному режим вдображуються його зовншньою характеристикою (ЗХДЖ), яка показу залежнсть напруги на вихдних клемах джерела вд сили зварю вального струму. Вона описуться функцю U дж = f ( I д ).

дж Зовншня вольт-амперна харак теристика джерела може бути круто спадною (а), полого спадною (б), жорсткою (в) та зростаючою (г) (рис.1.5). Жорсткою ЗХДЖ нази ваться така вольт-амперна характе ристика, у якй спад напруги у робо д Рис. 1.5. Зовншн характеристики чому дапазон зварювальних струмв зварювальних джерел живлення не перевищу 0,04 В/А.

Динамчна характеристика дже рела живлення - це залежнсть мж миттвими значеннями вихдно напру ги та струму навантаження при постйнй у дану мить часу напруз жи вильно мереж, тобто U вих = f (iн )U м = const. Динамчна характеристика по казу реакцю джерела живлення на характер та швидксть проткання пе рехдних процесв, що виникають в енергетичнй систем "джерело жив лення - дуга - ванна" при д зовншнх збурень (змн напруги живильно мереж, напруги в дуз або зварювального струму, а також при переход з одного сталого режиму до ншого). Чим менше час перехдного процесу, тим кращ динамчн властивост джерела живлення.

1.4. Стйксть енергетично системи "джерело живлення - дуга - ванна" Зварювальна дуга, ванна розплавленого металу та джерело живлення утворюють взамоповТязану енергетичну систему ДЖ - Д - В, кнцева мета яко - отримання яксного зварного зТднання з встановленими параметра ми шва: глибиною провару, шириною та висотою валика.

Енергетична система ДЖ - Д - В може знаходитися у двох станах ро боти:

1. Стала рвновага, або робота у статичному режим, коли параметри дуги та джерела живлення протягом достатньо тривалого часу не змнюють свох величин.

2. Нестала рвновага, або робота в перехдному режим, коли парамет ри дуги та джерела живлення змнюють сво величини пд дю зовншнього впливу на систему або в результат коливань будь-якого па раметра.

При робот енергетично системи ДЖ - Д - В видляють три основн етапи:

1. Виникнення (збудження) зварювально дуги.

2. Зварювання (виконання зварного шва).

3. Закнчення зварювання (заварювання кратера в кнц шва).

Розглянемо стйксть системи пд час зварювання.

У стан стйко рвноваги дуговий розряд вдбуваться безперервно протягом тривалого часу при заданих значеннях Iд та Uд. Для стабльного горння дуги необхдна рвнсть струму напруги дуги струмов напруз джерела живлення:

д = дж ;

U д = U дж. (1.4) Це означа, що статичн вольт-амперн характеристики дуги Uд = f(Iд) та джерела живлення Uдж = f(Iд) повинн мати точки перетинання. Для виршення питання щодо стйкост горння дуги у точках перетинання характеристик необхдно розглянути умови стйко роботи енергетично системи ДЖ - Д - В у раз д збурень рзного роду.

1.4.1. Стйксть системи при малих вдхиленнях струму Для визначення умов статично стйкост системи проаналзумо по веднку при вельми незначних вдхиленнях струму вд стану рвноваги, I що характеризуться робочим значенням струму р та напруги U р (рис. 1.6).

При розгляд роботи сис теми ДЖ - Д - В для спрощен ня аналзу будемо враховувати ндуктивнсть лише зварюваль ного кола.

Рвняння динамчно рвно ваги системи ма вигляд dI U дж = U д + L Рис. 1.6. Статичн вольт-амперн характе. (1.5) dt ристики дуги та джерела живлення при змн струму I Припустимо, що струм р отримав мале вдхилення поточне значення якого позначимо як . Тод I, струм у кол буде = р . (1.6) Новий стан системи характеризуватиметься такими параметрами:

р ;

напруга в дуз Up + струм Uд;

напруга на вихдних клемах джерела Up + Uдж.

Тод рвняння (1.5) можна записати у вигляд d( I р i ) U р + U дж = U р + U д + L. (1.7) dt Добавки напруг та за умови неаризац функц Uдж Uд Uд = f(Iд) Uдж = f(Iд) на длянках А1В1 та А1В2 (а це припустимо при незнач них вдхиленнях струму I) виразимо через вдповдн динамчн опори ду ги та джерела живлення [див. (1.3)]. Для цього проведемо допомжн до тичн у точц А1 до кривих СХД та ЗХДЖ, як вдскають кути д та дж з вссю струмв I. Тод dU дж U дж = itg ( 180 дж ) = itg дж = i o ;

dI dU д U д = itg ( 180 д ) = itg д = i o. (1.8) dI Вдповдно рвняння (1.7) перетворються до вигляду dU дж dU д di = L (1.9) dI dI dt або di dU д dU дж + i = 0.

L (1.10) dt dI dI dU д dU дж = k ст - коефцнт стйкост енерге Введемо позначення:

dI dI тично системи ДЖ - Д - В. Тод, роздливши рвняння (1.10) почленно на L, з урахуванням введеного позначення будемо мати:

di k ст + i = 0. (1.11) dt L Ршенням цього нйного однордного диференцального рвняння з постйними коефцнтами k ст t.

= Ce L (1.12) Постйну С знайдемо за умови, що при t = 0 кнцеве значення i = I.

Таким чином, kст t i = Ie L. (1.13) з отриманого рвняння витка: система буде стйка, якщо мале вдхи лення I вд заданого режиму Ip з часом буде зменшуватися, наближаючись до нуля при k ст > 0. Вдомо, що L завжди бльше за нуль.

Таким чином, можна сформувати головну умову стйкост енергетич но системи ДЖ - Д - В: система стйка, якщо рзниця динамчних опорв дуги та джерела живлення у робочй точц - величина додатня.

Виконання умови k ст > 0 залежить вд вдповдност форми зовнш ньо характеристики джерела живлення форм зовншньо характеристики дуги. Вибр форми ЗХДЖ визначаться формою СХД. Покажемо це на прикладах шляхом аналзу процесв у систем ДЖ - Д - В при рзних спо лученнях форми ЗХДЖ та СХД (рис. 1.7).

Якщо пд час горння дуги у точц А виникло зменшення струму ( А min < I A ), то для пдтримки дугового розряду згдно з статичною вольт амперною характеристикою дуги необхдна бльш висока напруга. п вели чина ста бльшою, нж може дати джерело при цьому ж струм ( U дж ).

У звТязку з цим станеться подальше довльне зниження сили струму ( А 0 ), та дуга згасне. Таким чином, у точц А дуга стабльно горти не може.

У точц В при зниженн сили струму напруга джерела виявляться б льшою ( U дж ), нж це потрбно для горння дуги за СХД. Завдяки цьому станеться довльне збльшення струму ( В min > I В ), процес горння повер неться у точку В.

Зростання струму у точц В призведе до збльшення напруги, потрб но для горння дуги. Джерело живлення при цих значеннях струму дуги да меншу напругу ( U дж ). Це викличе довльне зниження сили струму ( В max I В ), та горння дуги знову перемститься у точку В. Отже, точки В перетинання вольт-амперних характеристик точками стйко роботи ене ргетично системи ДЖ - Д - В.

Аналз варантв сполучення СХД та ЗХДЖ, наведених на рис.1.7, да змогу зробити так основн висновки:

1. Якщо статична вольт-амперна характеристика дуги спадна Рис. 1.7. Сполучення уза гальнено статично вольт амперно характеристики дуги та зовншньо харак теристики джерела жив лення рзно форми:

а - спадно;

б - жорстко;

в - зростаючо dU д dI < 0, то для стйко роботи системи ДЖ - Д - В потрбн джерела живлення тльки з спадними зовншнми вольт-амперними характеристи dU дж ками dI < 0, причому крутсть спадання зовншньо характеристики джерела у робочй точц повинна бути бльшою (див. рис.1.7,а, точка В").

2. Якщо статична вольт-амперна характеристика дуги жорстка dU д dI = 0, то стйку роботу системи в цьому випадку забезпечить джере dU дж ло живлення також з спадною зовншньою характеристикою dI < 0, але крутсть спадання може бути будь-якою (див.рис.1.7,а, точка В').

3. Для стйко роботи системи при наявност дуги з зростаючою dU д dI > вольт-амперною характеристикою принципово можна застосову вати джерела живлення з будь-якою формою зовншньо характеристики (див. рис.1.7, точка В). Винятком джерела з зростаючою зовншньою ха рактеристикою. Крутсть пдйому х характеристики повинна бути меншою за крутсть пдйому СХД (рис. 1.7,в).

4. Джерела живлення з спадними вольт-амперними характеристиками принципово пдходять до багатьох способв дугового зварювання.

5. Джерела живлення з жорсткими та зростаючими вольт-амперними характеристиками мають обмежене застосування можуть бути викорис тан лише для зварювання дугами з зростаючою СХД.

1.4.2. Стйксть системи при вдхиленнях довжини дуги Пд час зварювання покритими електродами та неплавким вольфрамо вим електродом часто змнються довжина дуги. При ручному дуговому зварюванн ц змни повТязан з виконанням швв у важкодоступних мсцях та квалфкацю зварника. При зварюванн вольфрамовим електродом по довження дуги можливе через його оплавлення.

Коливання довжини дуги при означених способах зварювання не по винн приводити до значних коливань сили зварювального струму. Якщо це станеться, то яксть отриманого зварного шва буде рзною на рзних д лянках, тобто будуть змнюватися насамперед розмри зварювально ванни та шва.

Властивсть зварювально дуги пдтримувати задану глибину пропла влення металу при коливаннях довжини у вдомих межах називаться еластичнстю дуги. Критерм еластичност може служити найбльша дов жина дуги lд max, до яко дугу можна розтягувати без обриву. Коли довжи на дуги збльшуться, зварювальний струм, як правило, зменшуться. Для кожного способу зварювання, для певного даметра та матералу електрода захисного середовища сну деяке найменше значення lд min, при якому дуговий розряд ста нестйким.

Розглянемо поведнку енергетично системи ДЖ - Д - В при коливан н довжини дуги lд за таких умов (рис. 1.8):

dU дж dU д < 0;

k cт > 0;

при lд2 > lд1.

dI dI При збльшенн довжини дуги до lд 2 статична вольт-амперна характе ристика перемститься уверх буде описуватися функцю Uд 2 = f ( I ). За умови малих вдхилень lд, U д та lд припу стимо вважати длянки вольт амперних характеристик дуги та джерела живлення прямо нйними.

При збльшенн lд до lд при р = const Рис. 1.8. Статичн вольт-амперн характери- (прирст - l) стики дуги та джерела живлення при змн напруга U д зроста на вели довжини дуги lд чину Uдl. Виразимо прирст dU д Uд через динамчну характеристику дуги, тобто U дl = l.

dl При збльшенн lд струм дуги зменшуться на величину Iд, а напруга в дуз U д при lд2 = const зроста на величину Uдi, яку виразимо через dU д диференцальний опр дуги: U дi = I.

dI Тод змна U д буде:

dU д dU д = U дl + U дi = l + I U д. (1.14) dl dI Прирст напруги в дуз Uд дорвню приросту напруги на клемах джерела живлення Uдж, тобто Uд = Uдж. Виразимо прирст Uдж через dU дж = I U дж.

динамчний опр джерела живлення: dI Псля пдстановки значення Uдж у рвняння (1.14) матимемо dU дж dU д dU д = l + I I dI. (1.15) dI dl Псля перетворення одержимо:

dU д dU дж dU д = I dI dI = Ikст.

l (1.16) dl Остаточно dU д l = Ikcт. (1.17) dl з рвняння (1.17) можна зробити так висновки:

1. Змни довжини дуги та зварювального струму мають протилежн знаки, тобто при зростанн lд величина д зменшуться навпаки.

dU l д 2. Абсолютна величина вдхилення I = k dl тим менша, чим б ст льше k ст, тобто еластичнсть дуги пдвищуться з зростанням k ст.

3. Стйксть системи ДЖ - Д - В залежить вд форми зовншньо вольт-амперно характеристики джерела живлення.

Останнй висновок пояснимо на прикладах.

Зварювання покритими електродами та вольфрамовим електродом ви конуться з використанням струму невелико густини. Статична вольт dU д амперна характеристика дуги ма спадну форму < 0, тому для стйко dI роботи енергетично системи ДЖ - Д - В потрбн джерела живлення тль ки з спадними вольт-амперними характеристиками. Найменша змна струму забезпечуться при застосуванн джерела з крутоспадними вольт амперними характеристиками (рис. 1.9,а). У цьому випадку I1к

I2к

Рис. 1.9. Вплив форми статично характеристики дуги (СХД) та зовншньо характеристики джерела живлення (ЗХДЖ) на коливання зварювального струму при змн довжини дуги:

а - крутоспадна (к) та пологоспадна (п) ЗХДЖ;

б - жорстка (ж) ЗХДЖ;

в - спадна (с), жорстка (ж) та зростаюча (з) ЗХДЖ При механзованому зварюванн плавким електродом пд флюсом та у середовищ захисних газв автоматична пдтримка основних параметрв режиму - сили струму та напруги - забезпечуться шляхом використання процесу саморегулювання дуги. Суть процесу: швидксть плавлення елект родного дроту змнються пропорцйно змн довжини дуги. Швидксть подач електрода в дугу при цьому залишаться постйною.

В сталому режим для задано довжини дуги lд (рис. 1.9,б) швидксть подач електродного дроту дорвню швидкост його плавлення в дуз. Як що довжина дуги зменшуться ( lд 2 < lд ), зварювальний струм зроста ( 2 > 0 ), швидксть плавлення дроту також збльшуться, внаслдок чого довжина вдновлються ( lд 2 lд ). При перевищенн встановлено довжи ни дуги ( lд1 > lд ) спостергатиметься зворотний процес, тобто зварюваль ний струм зменшуться ( 1 < 0 ), швидксть плавлення дроту також впаде довжина дуги скоротиться ( lд1 lд ).

Саморегулювання дуги протка досить ефективно при зварюванн струмом велико густини тим активнше, чим бльша змна сили струму при коливаннях довжини дуги.

При механзованому та автоматичному зварюванн самозахисним по рошковим дротом, а також у середовищ захисних газв або пд флюсом тонким дротом СХД - зростаюча (див. рис. 1.3,в). Для цих способв зварю вання принципово пдходять джерела живлення з будь-якою формою ЗХДЖ. Але найбльша змна зварювального струму при коливаннях довжини дуги, яка потрбна для активзац процесу саморегулювання, вд буватиметься при застосуванн джерела живлення з зростаючою вольт амперною характеристикою (рис. 1.9,в): I1з > I1ж > I1с;

I2з > I2ж > I2с. На практиц у цих випадках застосовують джерела живлення з пологоспадни ми та жорсткими вольт-амперними характеристиками.

1.4.3. Стйксть системи при коливаннях напруги живильно мереж Згдно з вимогами до якост електрично енерг, що використовуться зварювальними установками, вдхилення напруги мереж припустим у межах +5 % вд номнально величини напруги U м. Змна U м приводить до змни параметрв зварювального джерела живлення: напруги холостого ходу U 0, положення зовншньо вольт-амперно характеристики, зварюва льного струму I (рис. 1.10,а,б).

Змна положення зовншньо вольт-амперно характеристики джерела приводить до змни струму зварювання на величину I1 при зменшенн U м, та на величину I2 при зростанн U м. Так вдхилення можуть призвести до змни якост зварювання. Для пдтримки стабльно якост зварного зТднання потрбно володти способами вдновлення заданого режиму зва рювання, умти застосовувати спецальн пристро, що автоматично зм нюють U 0 при коливаннях U м.

Наприклад, у зварювальних трансформаторах за допомогою регулято ра автоматично змнються ндуктивний опр так, що нова характеристика U дж 2 = f ( I ) з змненим нахилом проходить через ранше встановлену ро бочу точку (рис.1.10,в).

Рис. 1.10. Зовншн вольт-амперн характеристики джерела живлен ня при змн напруги мереж для спадно (а), зростаючо (б) ста тично характеристики дуги та ндуктивного опору зварю вального трансформатора (в) 1.5. Особливост дуги, що живиться однофазним змнним струмом Розглянут у розд. 1.2 процеси характерн для унполярних дуг, тобто таких дуг, в яких напрям струму не змнються. Дуга змнного струму, в якй напрям струму з бгом часу змнються , вдповдно, один той самий електрод навперемнно то катодом, то анодом, характеризуться низкою особливостей. У зварювальнй технц використовують здебльшого дуги промислово частоти (50...60 Гц), нод зварювання виконують струмом пдвищено частоти (400...500 Гц);

останнм часом, у звТязку з широким розповсюдженням нового типу джерел живлення з електронним регулю ванням використовуються зварювальн дуги з бльш високою частотою.

При живленн дуги вд джерела з синусодальною напругою струм напруга в дуз перодично змнюють свою величину напрям. У моменти переходу струму через нуль та змни полярност на початку в кнц кож ного пвпероду температура дугового промжку знижуться, внаслдок чо го вдбуваться його деонзаця та зменшуться електропровднсть. Део нзаця приводить до охолодження активних плям, яке особливо значне на зварюваному вироб через його велику масу.

Повторне збудження на початку кожного пвпероду може статися тльки при пдвищенй напруз, яка називаться напругою повторного збу дження дуги U з, котра бльша за напругу горння дуги U д (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Змна струму й напруги в дуз при зварюванн однофазним змнним струмом Необхдно, щоб у момент повторного збудження дуги напруга холос того ходу джерела живлення була бльшою за U з. Якщо ця умова не вико нуться, то повторне збудження на початку пвпероду неможливе.

Розглянемо електричну схему зварювально дуги змнного струму (рис. 1.12). Джерелом живлення в данй схем однофазний знижувальний трансформатор Т з жорсткою зовншньою характеристикою. Послдовно з вторинною обмоткою трансформатора у коло дуги послдовно ввмкнут активний R та ндуктивний Х L опори. Резистор R призначений для регу лювання сили зварювального струму та формування спадно зовншньо характеристики джерела живлення. На виход електрично схеми ввмкнут електрод Е та вирб В.

Рис. 1.12. Схема живлення дуги змнним струмом Випадок 1. Зварювальне коло мстить лише активний опр R ( Х L 0).

При цьому зсув фази мж струмом та напругою дорвню нулю ( 2 = 0).

Змну миттвих значень напруги вторинно обмотки трансформатора U 2, напруги в дуз U д й струму 2, що протка через зварювальне коло, пока зано на рис.1.13,а.

У негативному пвперод в момент часу t = tзг згасання дуги напруга U 2 спада до напруги згасання Uзг. Значення ж недостатньо для створен ня необхдних умов снування зварювально дуги, тобто струм 2 напруга в дуз спадають до значення, близького до нуля, при цьому спостергаться погасання дуги. Такий стан продовжуться до часу t = tз збудження дуги у позитивному пвперод. нтервал часу вд t = tзг до t = tз називаться часом перерви tп в горнн зварювально дуги. У цей нтервал часу струм 2, що протка через зварювальний контур, не дорвню нулю. Це пояснються тим, що у дуговому промжку у дану мить активна пляма катода ще спро можна випромнювати електрони, а також наявнстю плазмових потокв у стовп дуги. У дуговому промжку протягом часу tп сну жеврючий роз ряд, а не дуговий.

Рис. 1.13. Змна миттвих значень u2, uд, uL, i2 у зварювальному кол при вмиканн активного (а) та ндуктивного (б) опорв У момент часу t = tз напруга U2 досяга необхдного значення напруги повторного збудження дуги Uз у дуговому промжку утворються напру женсть електричного поля така, при якй розпочинаться нтенсивне заро дження вльних електронв, що приводить до вдновлення дугового розря ду. Внаслдок того, що протягом часу tп дуговий розряд вдсутнй, зварю вальне коло розмкнуте. Розрахумо час tп перерви у горнн дуги.

Збудження дуги кожного пвпероду вдбуваться, як показано вище, за умови U з = U 2 max sin t з, (1.18) де U 2 max - амплтудне значення напруги джерела живлення, В;

= 2f - кутова частота, рад/с (f - частота змнного струму, Гц).

Звдси Uз tз = arcsin. (1.19) 2f U 2 max Погасання дуги вдбуваться, коли U д = U 2 max sin ( t зг ) = U 2 max sin t зг. (1.20) Час погасання дуги Uд t зг = arcsin. (1.21) 2f U 2 max Загальний час перерви в горнн дуги Uд Uз 1. (1.22) arcsin t п = t з + t зг = + arcsin 2 f U 2 max U 2 max Таким чином, якщо у зварювальне коло увмкнутий лише активний опр R, дуга змнного струму горить з перервами.

Скоротити час перерви t п можна рзними шляхами: пдвищенням на пруги холостого ходу трансформатора, пдвищенням частоти змнного струму, зниженням напруги повторного збудження та горння дуги, вми канням у зварювальне коло ндуктивного опору та батаре конденсаторв.

Пдвищення напруги холостого ходу трансформатора U 0 сприя зрос танню стйкост горння дуги тому, що U 0 = U 2 max 2. Найменше значення U 0 можна розрахувати за формулою U д U з U0 U + 2. (1.23) 2 д У бльшост трансформаторв для дугового зварювання приймають U = 1,8...2,5. Але з пдвищенням U 0 знижуються технко-економчн Uд показники джерела та зроста небезпека поразки обслуговуючого персона лу електричним струмом. Тому, згдно з ГОСТ 12.2.007.8-75, встановлен припустим значення U 0 : 80 В - для джерел живлення змнного струму для ручного дугового зварювання;

140 В - для джерел живлення змнного струму для автоматичного дугового зварювання.

Час перерви горння дуги скорочуться при пдвищенн частоти на пруги живлення. З пдвищенням частоти при рвних нших умовах змен шуються розмри та маса трансформатора, а також зроста ндуктивний опр його обмоток. При пдвищенн частоти напруги в дуз у 5...9 разв по рвняно з напругою мереж дуга бринить з високою тональнстю, що призводить до швидко втомлюваност зварника. Крм того, джерела жив лення з пдвищеною частотою струму вдрзняються складнстю конструк ц та високою вартстю.

При введенн у зварювальн дуги хмчних елементв з низьким потен цалом онзац зменшуться напруга повторного збудження дуги та по пшуються умови горння. Так елементи входять до складу покриттв електродв для ручного дугового зварювання або у флюси для автоматич ного зварювання. Наявнсть в дуз хмчних елементв з низьким потенца лом онзац сприя зберганню провдност розрядного промжку протя гом тривалого часу псля погасання дуги. Для скорочення часу перерви го рння зварювально дуги найбльше поширений метод збльшення ндукти вного опору обмоток трансформатора або додаткового включення у зва рювальне коло котушки ндуктивност.

Випадок 2. Зварювальне коло мстить активний R та ндуктивний XL опори (див. рис. 1.12). У цьому випадку мж струмом та напругою джерела зТявляться кут зсуву фаз ( 2 0 ). Вдповдно до кривих струму та напру ги (рис. 1.13,б) повторне миттве збудження дуги можливе, якщо при пе реход струму i2 через нуль напруга джерела u2 буде рвною або бльшою за напругу повторного збудження дуги Uз, тобто u2 = U2maxsin 2 Uз. Змни значень u2, i2, uд та спад напруги на ндуктивному опор uL справедлив за умови, що зварювальна дуга замнена активним опором Rд. Вдповдну ве кторну даграму наведено на рис. 1.14.

При певному значенн кута зсуву фаз 2 горння дуги протягом всьо го пвпероду може бути безперервним (tп = 0). Напруга в дуз у будь-який момент часу описуться рвнянням di U 2 max sin (t + 2 ) = U д + L, (1.24) dt де L - ндуктивнсть зварювального кола, Гн.

При змн полярност, коли струм переходить через нуль, напруга в дуз змнються стрибкоподбно.

Безперервне горння дуги забез печуться, якщо =53...57 ел. граду ХL 5. Таким св та вдношення R + Rд чином, наявнсть ндуктивного опору Рис. 1.14. Векторна даграма на у кол дуги обовТязковою для всх пруг при вмиканн у зварювальне коло ндуктивного опоруджерел змнного струму.

Стйксть горння зварювально дуги може бути особливо великою при наявност поряд з ндуктивним опором XL у зварювальному контур мнсного опору Х C. При Х L > X C U 2 = U 2 max sin (t + 2 ). При Х L < X C U 2 = U 2 max sin (t 2 ). Чим бльше U c, тим при меншому значенн U 2 = U 2 max sin 2 дуга збуджуться псля переходу i2 через нуль. Наявнсть у кол дуги змнного струму поряд з н дуктивнстю ще й мност (при х певно визначених значеннях) да змогу суттво знизити необхдну напругу холостого ходу джерела живлення.

Для пдвищення стйкост горння зварювально дуги широко викори стовують допомжн пристро - мпульсн стаблзатори (генератори мпу льсв напруги), розглянут у гл. 6.

Особливстю дуги змнного струму також випрямна дя. В мру то го, як збльшуться рзниця мж теплофзичними властивостями електро дв, бльш чтко визначаться вдмннсть форми криво струму вд форми криво напруги дуги. При рзних теплофзичних властивостях мж електро дами пд час зварювання змнним струмом (особливо алюмню та його сплавв вольфрамовим електродом) виника нервнсть струмв прямо пр та зворотно Iзв полярност, що призводить до появи так звано постйно складово струму 0 (рис.1.15), струм дуги ста перодичною несинусода льною функцю часу, яка може бути розкладена у ряд ФурТ:

д = 0 + 1 max sin (t + 1 ) + I 2 max sin (t + 2 ) +... + n max sin (t + n ), (1.25) де 0 - постйна складова струму;

1 max, 2 max, Е, n max - амплтуди осно вних та вищих гармонк струму;

1, 2, Е, n - початков фази вдповд них гармонк.

Рис 1.15. Утворення постйно складово струму при горнн дуги мж вольфрамовим електродом виробом з алюмню У пвпероди, коли катодна пляма розмщуться на вольфрамовому електрод (пряма полярнсть), завдяки потужнй термоелектроннй емс катода утворюються сприятлив умови для збудження горння дуги при низькй напруз. У пвпероди, коли катодна пляма знаходиться на вироб, що зварються (зворотна полярнсть), термоелектронна емся утруднена тому потрбна бльш висока напруга збудження дуги. Горння дуги прот ка також при бльш високй напруз, нж у попереднй пвперод. Якщо зварювання виконуться на малих струмах, то збудження дуги у пвпероди зворотно полярност взагал може не вдбутися. У цьому випадку дуга ста випрямним вентилем, стабльнсть горння рзко знижуться.

При зниженн сили струму в пвпероди зворотно полярност утруд нються катодне очищення зварюваних крайок та поверхн ванни вд оксидних плвок, наслдком чого погршення формування шва та зни ження його якост.

Постйна складова зварювального струму також погршу роботу зва рювального трансформатора, тому що створю постйне пдмагнчування його магнтопроводу. В результат цього знижуться потужнсть, що вдда ться дуз, та коефцнт потужност ( cos ) джерела живлення.

Для усунення постйно складово у зварювальне коло послдовно з вторинною обмоткою трансформатора включають батарею конденсаторв, напвпровдниковий випрямляч або застосовують спецальн схемн ршен ня джерела.

1.6. Трифазна зварювальна дуга Трифазною зварювальною дугою умовно називаються три окрем ду ги, як горять у спльному плавильному простор або у спльнй газовй по рожнин. Якщо ця умова не виконуться, то мамо рзн схеми живлення дуг, а не трифазну зварювальну дугу.

Зварювання трифазною дугою звичайно виконуться двома електро дами (Е1 та Е2), що ввмкнут у фази А В джерела живлення;

фаза С пд ключаться до виробу (В) (рис. 1.16,а). Дуга Д1, що горить мж електрода ми, називаться незалежною дугою або дугою непрямо д, а дуги Д2 та Д3 - мж електродами та виробом - прямо д.

При трифазному зварюванн струми в електродах утворюють симет ричну систему (рис. 1.16,б) а = max sin t ;

iв = max sin t + ;

(1.26) ic = max sin t +, для яко дйсн так умови:

ia + ib + ic = 0;

uab + ubc + uac = 0. (1.27) Послдовнсть та тривалсть горння кожно з дуг залежать вд посл довност чергування фаз параметрв зварювального кола. Для спрощення аналзу будемо вважати, що вс дуги горять при однаковому струм, тобто ia = ib = ic. Очевидно, що в кожний момент горить не менше одн та не б льше двох дуг, тому що на торцях електродв не можуть одночасно снува ти анодна та катодна плями. Внаслдок одночасного горння двох дуг стй ксть трифазно дуги вище однофазно;

крм того, значно полегшен умови повторного збудження тому, що безперервно збергаться достатньо висо ка температура активних плям дуговий промжок постйно онзованим.

При зварюванн трифазною дугою можна значно знизити напругу хо лостого ходу U 0 трансформатора та ндуктивнсть зварювального кола.

Адже повторн збудження дуг псля погасання у кнц пвпероду вдбува ються при малих пках напруги збудження. Для звичайних режимв U 1,1...1,25.

зварювання трифазною дугою Uд Рис. 1.16. Схема живлення (а) та послдовнсть горння змни струмв (б) трифазно зварювально дуги 1.7. Касифкаця та загальна характеристика зварювальних джерел живлення Вибр джерела живлення для певного зварювального процесу здйс нються за його технчними експлуатацйними характеристиками, а також сервсними можливостями. Джерела живлення, згдно з дючими стандар тами, характеризуються низкою параметрв, як досягаються при робот на сталих режимах. До сталих режимв вдносять роботу джерел при холос тому ход, робочому навантаженн та короткому замиканн. Основними технчними характеристиками джерел живлення :

напруга холостого хода U 0 ;

номнальна сила зварювального струму н;

номнальна робоча напруга Uн;

дапазон регулювання зварювального струму робочо напруги;

тривалсть роботи у зварювальному цикл ПН %, ПВ %;

коефцнт корисно д ;

коефцнт потужност cos.

Номнальними називаються значення струму, напруги та потужност, на як розраховано джерело живлення, при робот у заданому режим без перегрву вище встановлено температури. Номнальн параметри вказують у паспорт або наносять на щиток джерела живлення.

Напруга U 0 значною мрою визнача умови початкового та повторно го збудження дуги регулються на клемах джерела живлення при вдсут ност навантаження у зварювальному кол. Напруга холостого ходу повин на бути достатньою для легкого збудження дуги, оскльки чим вище U 0, тим легше збуджуться дуга. Залежно вд умов зварювання, захисного се редовища, складу електродного покриття, флюсу т. н. необхдне значен ня U 0 знаходиться у межах 30...120 В. Спецалзован установки (напри клад, для плазмових технологй) можуть мати бльш високу напругу хо лостого ходу.

Номнальний струм н визнача розрахункове значення зварювально го струму джерела живлення. Номнальн струми джерел живлення дуги вдповдають параметричному ряду, встановленому для джерел електрич ного струму: 50, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 1000, 1250, 1600, 2000, 2400, 3150, 5000 А. Джерела живлення для ручного дугового зварю вання виготовляють на струми 125...500 А, для механзованого зварювання - на струми 315...1000 А, для автоматичного - на струми 500...2000 А, ба гатопостов джерела мають номнальний струм 1000...5000 А.

Номнальна робоча напруга U н вдображу напругу на клемах джере ла пд навантаженням. Для кожного джерела U н перебува у певнй залеж ност вд н.Поточному значенню зварювального струму вдповда певне значення робочо напруги. Наприклад:

при ручному дуговому зварюванн покритими електродами при жив ленн вд трансформатора (згдно з вимогами ГОСТ 95-77Е) U2 = 20 + 0,04I2;

для трансформаторв на номнальний струм 1000 А (ГОСТ 7012-77) U2 = 19 + 0,037I2;

для трансформаторв на номнальний струм 2000 А (ГОСТ 7012-77) U2 = 13 + 0,0315I2.

Дапазон регулювання зварювального струму та вдповдн йому меж регулювання робочо напруги вказують найменш та найбльш значення вихдних параметрв джерела живлення, як можуть бути використан для зварювання. У бльшост випадкв за максимальний струм приймають но мнальний.

Меж регулювання зварювального струму оцнюються вдношенням максимального значення струму до мнмального. Цей показник I max називаться кратнстю регулювання струму: к i =. Для бльшост I min джерел живлення його значення перевищу три.

Регулювання сили зварювального струму виконуться двома способа ми: ступеневим та плавним (або х комбнацю) зводиться до змни на пруги холостого ходу U 0 та повного опору Z джерела. Якщо збльшити на пругу U 0 (рис. 1.17,а), то зовншня вольт-амперна характеристика джерела живлення (ЗХДЖ) перемститься праворуч перетинатиметься з статич ною характеристикою дуги (СХД) при бльших струмах. Якщо збльшити повний опр джерела Z, що вдповда перемщенню ЗХДЖ улво (рис. 1.17,б), то енергя, що вддаться джерелом дуз, зменшиться струм знизиться.

Джерела живлення з спадними ЗХДЖ працюють у режим регулято рв зварювального струму, а з жорсткими ЗХДЖ - як регулятори напруги.

В останньому випадку значення зварювального струму визначаться швид кстю подач електродного дроту автоматом чи напвавтоматом, а джерело зада напругу в дуз та забезпечу саморегулювання довжини дуги.

Пд час роботи джерела живлення виника нагрвання окремих вузлв його конструкц внаслдок проходження струму по струмонесучих провд никах, а також через гстерезис та вихров струми в осерд трансформато ра. Припустим температури нагрву для окремих частин джерел живлення встановлен вимогами ГОСТ 304-82Е та ГОСТ 95-77Е: осердя трансформа тора - 90 оС;

обмотки трансформатора - 90...105 оС;

магнтопровд генера тора - 70 оС.

Рис. 1.17. Принципи регулювання зварювального струму в джерелах жив лення: а - шляхом змни напруги холостого ходу U0;

б - шляхом змни повного опору джерела живлення Z Джерела живлення розрахован на певн навантаження, при яких вони працюють без перегрву. Температура перегрву Т п джерела живлення - це рзниця мж температурою джерела живлення Т температурою навколи шнього середовища Т 0, тобто Т п = Т Т 0.

Тривалсть роботи джерела при заданй потужност визнача можли вост його перегрву. Розрзнюють три режими роботи: тривалий, перемж ний та повторно-короткочасний.

У тривалому режим джерело живлення працю пд навантаженням довгий час при сталй температур Т c. В такому режим працюють джерела живлення для автоматичного зварювання. Вихдна потужнсть джерела Рвих при цьому незмнною, а його температура (рис. 1.18,а) пряму до значення Т п.с за експоненцальним законом:

t ), Т = Т 0 + Т п.с (1 е (1.28) де Т п.с - стала температура перегрву джерела живлення оС;

t - час роботи джерела, хв;

- постйна часу нагрвання, хв.

Постйна характеризу швидксть зростання температури джерела та температури перегрву визначаться точкою перетинання дотично, проведено до експоненти, з прямою стало температури джерела живлен ня. За час t = температура перегрву склада 63 % стало температури Tс.

Рис. 1.18. Змна вихдно потужност Р та температури Т нагрву джерела живлення при тривалому (а), перемжному (б) повторно-короткочасному (в) режимах роботи Перемжний режим вдрзняться вд тривалого тим, що джерело жив лення, яке постйно ввмкнуте у мережу, перодично вдмикаться вд на вантаження, тобто режим навантаження протягом часу tн чергуться з ре жимом холостого ходу протягом часу tх. Цей режим використовуться у зварювальних установках для механзованого та ручного дугового зварю вання. Характеристикою перемжного режиму вдносна тривалсть наван таження tн t 100 % = н 100 %, ПН% = (1.29) tн +tx tц де t ц - тривалсть циклу роботи джерела, хв;

t ц = t н + t x.

Тривалсть циклу роботи джерела живлення для ручного дугового зварювання приймають рвною 5 хв, а для механзованого зварювання 10 хв. Наприклад, при ПН 60 % джерело для механзованого зварювання у середовищ двоокису вуглецю увмкнуте на навантаження протягом 6 хв, а у режим холостого ходу перебува протягом 4 хв.

При робот у перемжному режим вихдна потужнсть джерела ма циклчний характер, тобто змнються вд Pвих min до Pвих max (рис.1.18,б).

При такому режим температура джерела за час t н не встига досягти ста ло температури T = T0 + Tп.с, а за час t х - знизитися до температури T0.

По закнченн часу роботи джерела живлення його температура Т колива ться мж деяким максимальним Т 2 та мнмальним Т 1 значеннями. Серед н значення цих температур Т п вдповда значенню вихдно потужност, що вддаться джерелом живлення навантаженню.

Повторно-короткочасний режим характеризуться також циклчнстю змни вихдно потужност джерела, але значення змнються вд нуля до Pвих max, тобто пд час пауз джерело вдключаться вд мереж (рис.1.18,в).

Показником цього режиму вдносна тривалсть вмикання:

t t ПВ % = н 100 % = н 100 %, (1.30) tн + tп tц де t п - час паузи, хв.

Температура при такому режим роботи зроста за законом бльш кру то експоненти, нж при перемжному, через проходження пускового стру му пд час вмикання джерела живлення у мережу та до навантаження, але пд час пауз температура може знижуватися до Т 0. Повторно короткочасний режим роботи використовуться в усх напвавтоматах та частково у зварювальних автоматах, найчастше з ПВ 60 %.

Якщо величина ПН% (або ПВ%) вдрзняться вд номнально (ПНн %, ПНн %), то припустимий струм навантаження коригують згдно з формулою ПН н % ПВн % = н = н. (1.31) ПН % ПВ % Коефцнт корисно д дж характеризу втрати енерг у самому джерел живлення:

Рд дж = 100 %, (1.31) Рм де Рд - потужнсть дуги, Вт;

Рм - потужнсть, яку спожива джерело з ме реж, Вт.

Для рзномантних джерел живлення дуги дж знаходиться у широких межах склада 45...98 %.

Коефцнт потужност cos, який показу, яку частку вс потужно ст, що виробля джерело, склада активна потужнсть, характеристикою зварювальних трансформаторв. - джерела належать до електротехнчних установок з низьким коефцнтом потужност ( cos = 0,48...0,88 ). Пдви щити cos трансформатора, наприклад, для ручного зварювання, можна шляхом вмикання паралельно первиннй обмотц косинусного конденсато ра вдповдно потужност.

Джерела живлення класифкують за родом струму (постйний або змнний) та способом регулювання (рис. 1.19).

Джерелами змнного синусодального струму служать зварювальн трансформатори. Для створення змнного струму задано форми (напри клад, прямокутно) джерела з спецальним керуванням. Джерела змнно го струму широко використовують для ручного дугового зварювання та механзованого зварювання пд флюсом (табл. 1.2). Для зварювання легких сплавв у середовищ аргону випускають спецальн установки.

Для живлення зварювально дуги постйним струмом застосовують випрямляч, електромашинн перетворювач та агрегати. Найбльше розпо всюджен зварювальн випрямляч. Вони мають стотн переваги перед електромашинними перетворювачами (високий ККД, широкий дапазон регулювання струму та напруги, можливсть автоматичного керування та програмування процесу зварювання т. н.). Випрямляч випускають з спадними, жорсткими та унверсальними зовншнми вольт-амперними ха рактеристиками.

Джерела живлення для дугового зварювання Постйний струм Змнний струм Електромашинн пере Випрямляч Джерела струму Установки для аргоно Трансформатори творювач, агрегати прямокутно форми дугового зварювання (типу генератора) Колекторн Асинхронн З механчним регулюванням З тиристорним (пересувн обмотки, шунти) регулюванням Вентильн Однопостов Багатопостов З регулюванням шляхом пдмагнчування елементв магнтопроводу Додн з механчними Тиристорн На пдстав та електромагнтним установки нверторв регулюванням Рис. 1.19. Класифкаця джерел живлення дуги для зварювання плавленням У спецалзованих установках для зварювання постйним струмом ос нову складають випрямляч, обладнан допомжними пристроями та регу ляторами (у тому числ транзисторними), що суттво розширюють х тех нологчн можливост. Наприклад, установки для зварювання неплавким електродом у захисному газ обладнан осциляторами, мпульсними стаблзаторами, пристроями виходу джерела на заданий режим та заварю вання кратера шва.

Електромашинн джерела живлення, головним вузлом яких зварю вальн генератори, роздляються залежно вд типу приводу та конструкти вного виконання на перетворювач з колекторним генератором та привод ним електродвигуном (нин промисловстю практично не випускаються) або двигуном внутршнього згоряння (агрегати), вентильн зварювальн ге нератори постйного струму, а також перетворювач на баз асинхронних генераторв.

Для зварювальних джерел живлення, як випускаються державними пдпримствами, прийняте стандартне умовне позначення (табл.1.3), яке складаться з буквено та цифрово частин, що мстять нформацю про призначення даного джерела, номнальний струм, клматичне виконання тощо.

Таблиця 1.2. Характеристики та област застосування джерел живлення для дугового зварювання Форма Спосб Род струму при зварюванн Тип ЗХДЖ регулю- ручному дуго- неплавким елек- плавким елек- пд флюсом роботизова вання вому тродом в тродом у захис- ному нертних газах них газах Трансформатор, С Механч- Постйний Постйний - Постйний - випрямляч з ступе- ний Змнний Змнний Змнний невим регу- Ж - - Постйний - - люванням Трансформатор, С Постйний Постйний - Постйний - випрямляч (пере- Змнний Змнний Змнний сувн котушки, магнтн шунти) Трансформатор з С Електро- Постйний Постйний Постйний Постйний - пдмагнченим шун- магнтний Змнний Змнний том, випрямляч з ПС - - Постйний Постйний - дроселем насичення Генератор С Постйний Постйний - - - ПС - - Постйний Постйний Тиристорний С Електрон- Постйний Постйний Постйний Постйний Постйний ний Змнний Змнний ПС - - Постйний Постйний Постйний Змнний Транзисторний С Постйний Постйний Постйний - Постйний ПС - - Постйний - Постйний нверторний С Постйний Постйний Постйний Постйний Постйний Ж - - Постйний Постйний Постйний Джерело з прямо- С Змнний Змнний Постйний Змнний Постйний кутною формою ПС - - Змнний Змнний Постйний струму Примтка. С - спадна;

ПС - пологоспадна;

Ж - жорстка.

Структуру умовного позначення рзних джерел живлення наведено у дод.1.

Таблиця 1.3. Стандарти на умовн позначення джерел живлення для дугового зварювання Тип джерела живлення Державний стандарт Агрегати ГОСТ 2402-82Е Перетворювач ГОСТ 7237-82Е Трансформатори для автоматичного зварювання пд флюсом ГОСТ 7012- Трансформатори для ручного дугового зварювання ГОСТ 95-77Е Випрямляч ГОСТ 13821-77Е Установки для зварювання неплавким ТУ 539.073- (вольфрамовим) електродом ТУ 739.302- Нижче наведен приклади позначення деяких джерел живлення.

ТДФЖ-1002У3 - трансформатор для дугового зварювання пд флю сом, з жорсткою зовншньою характеристикою, номнальний струм 1000 А, рестрацйний номер розробки 02, клматичне виконання У, категоря розмщення 3.

ПД-502У2 - перетворювач для дугового зварювання покритими еле ктродами, номнальний струм 500 А, рестрацйний номер розробки 02, клматичне виконання У, категоря розмщення 2.

ВДГМ-1602У3 - випрямляч для дугового зварювання у середовищ захисних газв, багатопостовий, номнальний струм 1600 А, рестрацйний номер розробки 02, клматичне виконання У, категоря розмщення 3.

Контрольн питання 1. Як процеси у зварювальнй дуз постйного струму обумовлюють поведнку як нелнйного елемента електричного кола?

2. Як фактори впливають на форму статично вольт-амперно харак теристики дуги?

3. Який показник визнача стйксть енергетично системи "джерело живлення - дуга - ванна"? Якими заходами забезпечуться стйксть сис теми при д у зварювальному контур збурень рзного роду?

4. В чому полягають особливост горння дуги змнного струму?

5. Якими параметрами характеризуються зварювальн джерела жив лення?

Глава ЗВАРЮВАЛЬН ТРАНСФОРМАТОРИ Головним вузлом сучасних джерел живлення змнного зварювального струму спецальний, як правило, однофазний зварювальний трансформа тор т або ншо конструкц. Для живлення трифазно дуги використо вують спецальн трифазн трансформатори або два однофазних трансфор матори. Застосовуються також зварювальн автотрансформатори, призна чен для пдключення однофазних зварювальних трансформаторв до три фазно мереж.

Зварювальним трансформатором називаться статичний електро магнтний апарат, призначений для перетворення первинно системи змнного струму у вторинну, що ма знижену напругу та велик струми, без змни х частоти. Крм того, трансформатор самостйно або у комплекс з додатковими пристроями забезпечу формування потрбних статичних зовншнх характеристик та регулювання зварювального струму.

Конструкц зварювальних трансформаторв дуже рзномантн. За лежно вд способу регулювання струму х можна роздлити на три групи пристров: 1) з механчним регулюванням;

2) з електромагнтним регулю ванням;

3) з електронним (тиристорним) регулюванням.

Для ручного дугового зварювання застосовують головним чином трансформатори з механчним регулюванням (див.табл. 1.2). Дапазон номнальних струмв трансформаторв для ручного дугового зварювання 120...500 А. Трансформатори випускаються за ГОСТ 95-77Е.

Для зварювання пд шаром флюсу застосовують трансформатори з електромагнтним та тиристорним регулюванням, як дозволяють забезпе чити стаблзацю режиму при коливаннях напруги мереж та нескладне дистанцйне регулювання.

Живлення кожно зварювально дуги при багатодуговому зварюванн здйснються вд самостйного однофазного джерела, що да змогу вико нувати незалежне регулювання режиму кожно дуги. Для рвномрного на вантаження мереж при тридуговому зварюванн джерела вмикають у рзн фази, а при дводуговому - за двофазною симетричною схемою.

Дапазон номнальних струмв трансформаторв для зварювання пд флюсом 1000...2000 А. Трансформатори випускаються за ГОСТ 7012-77.

До складу трансформатора звичайно входять дв (або бльше) елек трично не повТязаних помж собою обмотки, розмщен на замкненому ста левому осерд. Для зменшення втрат на вихров струми магнтопроводи виготовляються з листово електротехнчно стал. У сучасних втчизняних зварювальних трансформаторах здебльшого для осердя використовуться холоднокатана анзотропна рулонна сталь, що мстить 2,8...3,8 % кремню, марок 3404, 3405 товщиною 0,35 мм та 3414 товщиною 0,35 0,5 мм з тер мостйким електрозоляцйним покриттям.

Наявнсть кремню сприя зниженню втрат на вихров струми одно часно пдвищу магнтну проникнсть стал. Магнтн властивост деяких марок електротехнчно стал наведен у табл. 2.1.

Таблиця 2.1. Магнтн властивост леговано електротехнчно стал (ГОСТ 21427-83) Питом ндукця, Тл, при напру Товщина втрати по- женост поля Н, кА/м, Сталь листа, мм тужност не менше Р1,5/50, Вт/кг 2,5 Гарячекатана зотропна 1311 0,50 6,1 1,48 1, 1411 0,50 4,4 1,46 1, 1511 0,50 3,5 1,46 1, Холоднокатана зотропна 2011 0,65 9,0 1,60 2, 2111 0,65 10,0 1,58 2, 2211 0,65 7,0 1,56 1, 2311 0,65 5,8 1,52 1, 2411 0,50 3,6 1,49 1, Холоднокатана анзотропна 3411 0,50 2,45 1,75 - 3416 0,28 0,89 1,9 - Наведене у таблиц цифрове маркування електротехнчно стал вдповда прийнятому в Укран Рос та розшифровуться наступним чином. Перша цифра визнача структуру та вид прокату: 1 - гарячекатана зотропна;

2 - холоднокатана зотропна;

3 - холоднокатана анзотропна з кристалчною структурою. Друга цифра в марц визнача вмст кремню:

0 - вмст < 0,4 %;

1 - 0,4...0,8 %;

2 - 0,8...1,8 %;

3 - 1,8...2,8 %;

4 - 2,8...3,8 %;

5 - 3,8...4,8 %. Третя цифра визнача втрати на гстерезис та теплов втрати при певному значенн ндукц В та частоти струму f. На приклад, при третй цифр 1 питом втрати стал 1311 при В = 1,5 Тл та час тот f = 50 Гц складають Р1,5/50 = 6,1 кВт/кг. Четверта цифра - код числово го значення параметра, що нормуться. Чим бльша ця цифра, тим менш питом втрати Р1,5/50.

з спвставлення сталей 1411, 2411, 3411 (див.табл. 2.1) витка: при однаковй товщин листа та хмчному склад найбльш втрати ма гаряче катана зотропна сталь, а найменш - холоднокатана анзотропна.

Для сучасних високочастотних зварювальних джерел живлення вико ристовують трансформатори, осердя яких виготовляються з матералв з надзвичайно високим електроопором. До таких матералв, як збергають високу магнтну проникнсть у широкому дапазон частот, належать фери ти (не змшувати з феритом у сплавах залза). Ферити являють собою магнтну керамку, що отримана спканням та мстить Fe2O3 оксиди таких металв, як MnO, MgO, ZnO та LiO2. Фактично ферити напвпровдниками, х опр струму на 6...12 порядкв перевищу електро опр залза. Завдяки цьому навть при високих струмах вони мають не значн втрати вд вихрових струмв.

За характером будови магнтного кола вдрзняють трансформатори броньового та стрижневого типу (рис. 2.1), за характером будови обмоток - трансформатори з цилндричними та дисковими обмотками. Найбльше розповсюдження мають зварювальн трансформатори з стрижневими магнтопроводами як з цилндричними, так з дисковими обмотками.

Трансформатори працюють з повтряним природним або примусовим охо лодженням.

Трансформатори з цилндричними обмотками (рис. 2.1,а), в яких пер винна 1 та вторинна 2 обмотки намотуються концентрично одна поверх друго, належать до групи трансформаторв з мнмальним, або нормаль ним, електромагнтним розсюванням повними аналогами силових повтряних трансформаторв дентично потужност.

Трансформатори з дисковими обмотками (рис. 2.1,б), у яких первинна 1 та вторинна 2 обмотки рознесен одна вдносно друго, належать до гру пи спецальних зварювальних трансформаторв з пдвищеним, або розви неним, електромагнтним розсюванням.

Рис. 2.1. Конструкц зварювальних трансформаторв:

а - стрижневого типу з цилндричними обмотками;

б - броневого типу з дисковими обмотками 2.1. Елементи теор зварювального трансформатора В основу роботи зварювального трансформатора покладений принцип електромагнтно взамод двох контурв, що нерухом один вдносно дру гого. Для посилення електромагнтного звТязку помж первинною W1 та вторинною W2 обмотками служить осердя.

Розглянемо роботу однофазного зварювального трансформатора на приклад трансформатора стрижневого типу з дисковими обмотками з пдвищеним електромагнтним розсюванням (рис. 2.2,а).

При проходженн струму по обмотках виникають магнтн потоки.

Основна частина магнтних потокв, що утворюються намагнчувальною силою первинно та вторинно обмоток, замикаться через стрижень магнтопроводу Фт забезпечу передачу потужност вд первинно обмот ки до вторинно (рис. 2.2,б). Друга частина магнтних потокв замикаться через повтря утворю потоки розсювання Фр1 та Фр2. Потоки розсювання наводять у трансформатор реактивну ЕРС, яка визнача ндуктивний опр трансформатора Х Т. Внаслдок наявност Х Т забезпе чуться стйке горння дуги та можливсть отримання крутоспадно зовншньо характеристики джерела його настроювання на заданий ре жим роботи.

Визначимо рвняння, що описують роботу трансфор матора при сталих режимах.

Холостий хд. Параметри режиму: I2 = 0;

U2 = U0.

Магнтний потк Ф 01 у трансформатор утворються Рис. 2.2. Конструкця (а) та електромагнт- намагнчувальною силою пер на схема (б) зварювального трансформато- винно обмотки (рис. 2.3,а).

ра з розвиненим (збльшеним) Переважна частина магнт електромагнтним розсюванням ного потоку Ф 01 зами каться по магнтопроводу та взамод з обмотками W1 та W2. Незначна частина цього потоку замикаться через повтря утворю потк розсювання Ф 01р (спльний потк).

Магнтний потк Ф 01 у витках первинно обмотки Рис. 2.3. Розподл магнтних потокв у транс форматор в режимах: а - холостого ходу, наводить ЕРС E1, яка, го б,в - навантаження ловним чином, зрвнова жуться прикладеною напругою U1:

E1 = 4,44W1 f Ф 01 10 8 U1, (2.1) де W1 - число виткв первинно обмотки трансформатора;

f - частота змнного струму, Гц;

Ф01 - магнтний потк, Вб.

Магнтний потк Ф 01в у витках вторинно обмотки наводить ЕРС Е2, яка дорвню напруз холостого ходу:

E2 = 4,44W2 f Ф 01в 10 8 U 0, (2.2) де W2 - число виткв вторинно обмотки трансформатора.

ЕРС Е2 наводиться лише частиною потоку Ф01, що замикаться через верхн ярмо В магнтопроводу. Цю частину потоку можна виразити через коефцнт магнтного звТязку первинно обмотки з вторинною k12 :

Ф 01в = Ф 01k 12. (2.3) Коефцнт магнтного звТязку розраховуться як вдношення магнтних потокв Ф01, Ф01в та Ф01р :

Ф 01в Ф 01в k 12 = =. (2.4) Ф 01 Ф 01в + Ф 01р Тод ЕРС вторинно обмотки з урахуванням (2.3) E2 = 4,44W2 f Ф01в k1 2 108 = U 0. (2.5) Коефцнт трансформац трансформатора E1 W1 U = 1.

n= = (2.6) E2 W2 k1 2 U Звдси напруга холостого ходу W2 k1 U 0 = U1. (2.7) W В трансформаторах з розвиненим магнтним розсюванням (k 1 2 < 1 ) при змн розсювання значення U0 змнються мало , як правило, ця змна склада 3...5 В.

Режим навантаження ( 2 = д ;

U 2 = U д ). У цьому режим струм протка по первиннй та вториннй обмотках трансформатора. На магнчувальна сила обмоток наводить у магнтопровод потоки Ф1 та Ф2.

Частина цих потокв розсються з утворенням потокв розсювання Фр1 та Фр2 (рис.2.3,б).

В нижньому ярм Н магнтопроводу утворються сумарний магнтний потк Фн:

& & & Ф н = Ф1 + Ф 2н. (2.8) При незмннй первиннй напруз U1 потк Фн залишаться практично постйним. Будь-яка його змна приводить до зниження або зростання струму у первиннй обмотц. Завдяки цьому потк Фн вдновлються. Таким & & чином, Ф н Ф 01 const.

ЕРС, що наводиться потоком Фн у первиннй обмотц, визначаться рвнянням (2.1).

У верхньому ярм В магнтопроводу утворються сумарний магнтний потк Фн:

&&& && Ф в=Ф 2+Ф1в=Ф 2+Ф1 k 12. (2.9) Визначимо Ф1 з рвняння (2.8):

& & & & & Ф1 = Ф н Ф 2н = Ф н Ф 2 k2 1, (2.10) де k 21 - коефцнт магнтного звТязку вторинно обмотки з первинною.

Псля пдстановки Ф1 у рвняння (2.9) одержимо Ф в = Ф 2 + (Ф н Ф 2 k 2 1 )k 1 2.

& & & & Приймаючи k1 2 k 21 = k, матимемо & & & & Ф в = Ф 2 + Ф н k Ф 2 k, або ( ) & & & Ф в = Ф 01в + Ф 2 1 k. (2.11) Позначимо 1 k = ( - коефцнт розсювання). Псля пдстановки значення у рвняння (2.11) одержимо:

& & & Ф в = Ф 01в + Ф 2. (2.12) Позначимо Ф 2 = Ф р ( Ф р - сумарний потк розсювання у трансфор & & & матор);

тод Ф в = Ф о1в + Ф р (рис. 2.3,в). Потк Ф 01в наводить у вториннй обмотц трансформатора основну ЕРС E20 = 4,44W2 f Ф 01 10 8. (2.13) Потк Ф р наводить у вториннй обмотц реактивну ЕРС E2р = 4,44W2 f Ф р 10 8. (2.14) Сумарна ЕРС трансформатора & & & Е2 = Е20 + Е2р. (2.15) При робочому навантаженн ЕРС трансформатора зрвноважуться паднням напруги в дуз та реактивною ЕРС:

& & & Е2 = U д + Е2р, (2.16) де E2 p = I&2 X Т (тут ХТ - ндуктивний опр трансформатора у режим наван & W. У цй формул - кутова частота змнного струму;

таження, X Т = R R - опр кола на шляху потокв розсювання).

Рвняння роботи трансформатора можна одержати також з спрощено екввалентно схеми замщення та векторно даграми (рис. 2.4).

При складанн схеми замщення параметри первинного кола приво дять до вдповдних екввалентних параметрв вторинного кола згдно з спввдношенями:

2 W W W W X 1 = X 1 1 ;

R1 = R1 1.

U 1 = U 1 1 ;

I 1 = I 1 1 ;

W W W2 W2 2 2 ндексом "штрих" позначен приведен параметри первинно обмотки.

Тод сумарн ндуктивний та активний опори схеми замщення трансфор матора будуть: Х Т = Х 1 + Х 2 ;

RТ = R1 + R2.

Залежнсть напруги в дуз вд струму у векторнй форм:

& & & & & & U д = U 0 jI 2 X T I 2 RT = U 0 I 2 Z e, (2.17) 2 де Z e = X T + RT - повний опр екввалентно схеми замщення транс форматора. Рвняння (2.17) рвнянням зовншньо вольт-амперно харак теристики трансформатора.

Рис. 2.4. Спрощена схема замщення (а) та векторна даграма (б) трансформатора з розвиненим магнтним розсюванням Напруга в дуз згдно з векторною даграмою U д = U 0 (I 2 X T )2 I 2 RT.

Якщо знехтувати малою величиною RT (це припустимо тому, що об мотки трансформатора виготовляють з мд або алюмню), то отримамо U д U 0 (I 2 X T )2, (2.18) звдки 2 U0 Uд 2 = д. (2.19) ХТ Рвняння (2.19) вдображу способи регулювання зварювального струму трансформатора: ступнчастий - змною величини U 0, плавний - змною величини Х Т.

Коротке замикання (U д = 0;

2 = к.з ). При короткому замиканн ЕРС трансформатора зрвноважуться реактивною ЕРС Е 2 = Е 2р = &к.з Х Т.

& & з векторно даграми (див. рис. 2.4) та рвнянь (2.17) та (2.19) виразмо значення струму короткого замикання & U &к.з = Ze або (2.20) U к.з =.

ХТ Рвняння (2.17), (2.18) та (2.20) показують, що трансформатори з роз виненим магнтним розсюванням мають спадну зовншню вольт-амперну характеристику тому, що Z e > 0 ( X T > 0 ). Крутсть спадання визначаться ндуктивним опором трансформатора XT.

Якщо трансформатор ма нормальне магнтне розсювання ( Z e 0, X T 0 ), то його зовншня характеристика - жорстка.

2.2. Трансформатори з механчним регулюванням До трансформаторв з механчним регулюванням належать трансфор матори з пересувними обмотками, з рухомими магнтними шунтами та трансформатори, що працюють у комплект з додатковою котушкою - дроселем.

Трансформатори з пересувними обмотками та з рухомими шунтами належать до групи трансформаторв з розвиненим електромагнтним розсюванням ( Х Т > 0 ).

Трансформатори, що працюють у комплект з дроселями, виконан, як правило, з нормальним розсюванням.

Головна ознака ц групи джерел живлення - це наявнсть рухомих частин. Одночасно ця ознака й головним недолком таких трансформа торв. На частини, що пересуваються за допомогою яких регулюють ре жим зварювання, дють електромагнтн сили. Вони змнюються за законом пульсац вд нуля до максимального значення з подвйною частотою ме реж. Величина електромагнтних сил пропорцйна квадрату струму змнються вдповдно до режиму роботи трансформатора. Амплтуда ко ливань рухомих частин трансформатора залежить вд маси цих частин, якост та точност х складання, жорсткост крплення та нших факторв.

Навть при ретельнй проробц конструкцй та високй якост виготовлення значна вбраця рухомих частин головною причиною, яка обмежу строк служби таких джерел.

Другий недолк цих джерел - це нерцйнсть регулювання та утруд ненсть дистанцйного та програмного керування тому, що регулювання вихдних параметрв здйснються вручну або за допомогою сервопри водв.

Але, незважаючи на вказан недолки, ц трансформатори дуже широ ко розповсюджен у всьому свт як одне з основних джерел живлення для ручного дугового зварювання покритими електродами через мал витрати активних матералв, досить висок енергетичн та зварювальн показники, просту та дешеву конструкцю.

У ряд кран (Японя, Нмеччина) так трансформатори використову ються ще й для автоматичного зварювання пд флюсом, але вони замнюються бльш удосконаленими конструкцями.

2.2.1. Трансформатори з пересувними обмотками Трансформатори з пересувними обмотками виконуються з магнто проводами броньового та стрижневого типв. Обмотки броньового транс форматора бувають цилндричними або дисковими, обмотки стрижневого трансформатора, як правило, - тльки дисковими.

Розвинене магнтне розсювання таких трансформаторв досягаться за рахунок розмщення первинно 1 та вторинно 2 обмоток (див. рис. 2.1,б, 2.2,а) вздовж стрижнв магнтопроводу на деякй вдстан одна вд одно.

Одна з обмоток трансформатора (часто первинна) закрплена бля од ного з ярем (верхнього або нижнього), друга - пересуваться за допомогою ходового гвинта. ндуктивний опр трансформатора , вдповдно, зварюва льний струм змнюються при змн вдстан мж обмотками. Якщо обмотки повнстю зсунут, то магнтне розсювання та ндуктивний опр трансфор матора - найменш, а зварювальний струм - найбльший.

Для трансформаторв з пересувними обмотками характерна деяка за лежнсть напруги холостого ходу вд вдстан мж обмотками. При розсу ванн обмоток внаслдок зростання потоку розсювання, що замикаться через повтря у вкн мж стрижнями, напруга холостого ходу знижуться на 3...6 % вдносно значення, отриманого при зсунутих обмотках.

ндуктивний опр трансформатора залежно вд вдстан мж обмотка ми змнються за нйним законом тому зварювальний струм змнються Рис. 2.5. Схема трансформа тора з пересувними обмот ками (а), його зовншн (б) та регулювальн (в) характе ристики:

1-дапазон малих струмв;

2-дапазон великих струмв обернено пропорцйно вдстан мж обмотками. При надмрному розсуван н обмоток ефективнсть регулювання струму знижуться при одночасному зростанн маси магнтопроводу. Тому великий дапазон плавного регулю вання в трансформаторах з пересувними обмотками недоцльний.

Для розширення меж регулювання струму при обмеженн маси магн топроводу застосовуться плавно-ступеневе регулювання шляхом одночас ного перемикання числа виткв первинно та вторинно обмоток з збере женням постйного коефцнта трансформац або з деяким його знижен ням у дапазон малих струмв.

Типова електрична схема трансформатора з пересувними обмотками, його зовншн вольт-амперн характеристики та регулювальна характерис тика 2 = f (l ) наведен на рис. 2.5. Необхдною умовою плавно-ступн частого регулювання струму стикування мж двома дапазонами струму (ГОСТ 95-77Е припуска невеликий розрив струмв при переход з одного дапазона на нший - не бльше 7,5 %).

Трансформатори з пересувними обмотками (серй ТД та ТДМ) випус каються в кранах СНД, головним чином у Рос та Узбекистан. Вони роз рахован на номнальний струм 315, 400 та 500 А. Трансформатори ТД-102 ТД-306 (рис.2.6,а) переносн, ТДМ-317, ТДМ-401-1, ТДМ- Рис. 2.6. Трансформатори з пересувними обмотками:

а - ТД-102;

б - ТДМ-503 (без кожуху);

1 - рукоятка механзму пересування вторинно обмотки;

2 - вторинна обмотка;

3 - осердя;

4 - первинна обмотка;

- кожух;

6 - штирьовий рознмач для пдключення зварювального кабелю;

7 - рознмач для пдключення до мереж;

8 - перемикач дапазонв струму (рис. 2.6,б) - пересувн, а також х модифкац ТДМ-317-1, ТДМ-401-1, ТДМ-503-1 укомплектован пристром зниження напруги холостого ходу, а ТДМ-503-2, крм того, - пристром пдвищення коефцнта потужност.

В Укран трансформатори ТДМ-121 випуска ВАТ "Фрма "СЭЛМА", ТДМ-259 - АТ "Каховський завод електрозварювального обладнання".

Технчн характеристики трансформаторв з пересувними обмотками наве ден у дод. 2 (див. табл. 2.1).

2.2.2. Трансформатори з рухомими магнтними шунтами Трансформатори з розвиненим магнтним розсюванням та рухомими магнтними шунтами виготовляються на магнтопроводах стрижневого ти пу мають дисков обмотки.

Обмотки трансформатора (рис. 2.7,а,б) розмщен симетрично на двох стрижнях магнтопроводу 3. У канал мж первинною 1 та вторинною Рис. 2.7. Конструкц трансформаторв з рухомими магнтними шунтами (а, б), схема зТднання обмоток (в) та регулювальна характеристика (г) обмотками розташований рухомий магнтний шунт 4. Виведення або вве дення шунта у вкно осердя здйснються за допомогою гвинтового механ зму. Шунт може складатися з двох частин, тод ходовий гвинт ма два ви ди нарзки: правозахдну та возахдну, що забезпечу при його обертанн симетричне пересування частин шунта.

Можлив два варанти взамного розташування первинно та вторин но обмоток вдносно шунта, а саме: повне або часткове рознесення коту шок. При повному рознесенн первинна та вторинна обмотки розмщен по рзних сторонах шунта (див.рис.2.7,а). При частковому рознесенн (див.рис.2.7,б) вторинна обмотка складаться з двох секцй - основно 2 з числом виткв W2 та додатково 5 з числом виткв W2, причому котушки додатково обмотки розмщен в зон первинно обмотки та мають з нею добрий електромагнтний звТязок.

Трансформатори з повнстю рознесеними обмотками економчними, якщо виконан на струми до 200...250 А. Для подальшого збльшення струму доводиться скорочувати число виткв первинно та вторинно об мотки, а це порушу оптимальне спввдношення витрат обмоткових мате ралв стал, зроста маса трансформатора.

Додатков витки вторинно обмотки незначно збльшують ндуктив ний опр трансформатора та дозволяють створити оптимальну за масою межами регулювання конструкцю.

В трансформаторах з частковим рознесенням обмоток для отримання двох дапазонв регулювання змнюють ступнь рознесення обмоток. При повному рознесенн обмоток одержують дапазон малих струмв. При пе реход до дапазону великих струмв вмикаться обмотка з числом виткв W2 та вимикаться частина обмотки W2.

Найбльш рацональна схема зТднання котушок обмоток наведена на рис.2.7,в. Дапазону великих струмв вдповда паралельне зТднання коту шок вторинно обмотки. При переход на дапазон малих струмв додатков котушки 5 вимикаються, а основн котушки 2 вмикаються послдовно. При цьому зроста напруга холостого ходу. При переход з одного дапазону струмв до ншого в трансформатор з шунтом нема потреби у перемиканн виткв первинно обмотки, що пдвищу надйнсть роботи джерела.

Плавне регулювання струму в трансформаторах з шунтом здйснють ся шляхом пересування магнтного шунта вручну або за допомогою серво приводу. При повнстю введеному у вкно осердя шунт потоки розсюван ня та ндуктивний опр трансформатора максимальн, а зварювальний струм - мнмальний. При висуванн шунта ндуктивний опр зменшуться зварювальний струм зроста (рис. 2.7,г).

В мру висування шунта з вкна магнтопроводу зроста його вбраця, викликана дю осьових електромагнтних зусиль. Для зниження вбрац встановлюють додатков пружини або застосовують бльш туг напрямн, по яких пересуваться шунт. Вбраця значно зменшуться, коли шунт з браний з двох частин. В цьому випадку осьов зусилля спрямован назустрч один одному.

Трансформатори з рухомими шунтами в Укран випуска Дослдний завод електрозварювального облад нання ЕЗ мен Патона. Найбльш по ширеними марками таких джерел жив лення трансформатори СТШ-250, СТШ-500 (рис. 2.8,а), а також СТШ 500-80, що обладнаний пристром для вимикання первинно напруги через 0,5...1 с псля закнчення зварювання.

Також трансформатори з шунтами ви пуска ВАТ "Фрма СЭЛМА" (ТДМ 180, ТДМ-403, ТДМ-250, ТДМ-505 та нш).

До дано групи трансформаторв можна умовно вднести трансформато ри з регулюванням струму шляхом на- Рис. 2.8. Трансформатори з рухо мим шунтом СТШ-500 (а) та з ре мотування зварювального кабелю по- гулюванням намоткою зварю вального кабелю ТСМ-250 (б):

верх захисного кожуха (рис. 2.8,б).

1 - первинна обмотка;

Намотуючи кабель навколо кожуха (до 2 - вторинна обмотка;

чотирьох виткв в той чи протилежний 3 - магнтопровд;

4 - магнтний шунт;

5 - рукоятка ходового бк) можна плавно регулювати струм у гвинта;

6 - кожух;

7 - дошка межах одн ступен. Ступнчасте ре- затискачв;

8 - зварювальний гулювання струму забезпечуться за кабель допомогою двох додаткових обмоток при х вдповдному або зустрчному вмиканн з вторинною обмоткою. При вдповдному вмиканн струм збльшуться, при зустрчному - зменшуться. Технчн характеристики трансформаторв наведен у дод.2 (див.табл. 2.1).

2.2.3. Трансформатори з дроселями з повтряним зазором Дросел вмикаються послдовно з дугою у вторинне коло силового трансформатора. Трансформатор, що працю у комплект з дроселем, звичайним знижувальним силовим трансформатором з малим (або норма льним) магнтним розсюванням та ма жорстку зовншню вольт-амперну характеристику. Хоча сьогодн так джерела живлення не випускаються, але вони ще використовуються на виробництв, головним чином для авто матичного зварювання пд флюсом.

Дросель викону три функц: по-перше, наявнсть котушки ндуктивност у зварювальному кол пдвищу стйксть горння дуги, по друге, через падння напруги на ндуктивному опор дроселя формуться спадна характеристика джерела , по-трет, за допомогою дроселя можна регулювати зварювальний струм.

Принципово сну можливсть регулювати струм зварювання через регулювання ндуктивного опору дроселя двома способами: ступнчасто - змною числа виткв плавно - змною величини повтряного зазору в магнтопровод дроселя. У практиц використовуться другий спосб.

Дросель з зазором, що регулються, виконуться на власному магнтопровод або спльно з трансформатором на загальнй магнтнй сис тем. Трансформатор (рис.2.9) мстить первинну обмотку 1, вторинну об мотку 2, магнтопровд 3, обмотку дроселя 4 та рухомий пакет дроселя 5.

Обмотка дроселя Wдр (рис.2.9,б) ввмкнута зустрчно з вторинною обмот кою трансформатора W2. При навантаженн потк обмотки дроселя Ф др у середньому ярм спрямований назустрч потоку Ф Т трансформатора.

ндукця та втрати у середньому ярм при такому зТднанн знижуються, що да змогу зменшити його перерз порвняно з нижнм ярмом.

Регулювання струму у трансформатор здйснються рухомим пакетом джерела. При збльшенн повтряного зазору ндуктивний опр транс форматора знижуться зварювальний струм зроста. Це пояснються та Wдр ким чином. ндуктивний опр дроселя Х др =, де R - опр кола на R n lk S шляху магнтного потоку дроселя;

R =, де lk, S k, k - довжина, k k =1 k площа перерзу та магнтна проникнсть k- длянки магнтного кола, n - кльксть длянок на шляху магнтного потоку. Одню з длянок повтряний промжок, тому при його збльшенн зроста R, а Х др - вдповдно знижуться. Згдно з рвнянням (2.19), при цьому зварювальний струм зроста.

Рис. 2.9. Конструкця (а), електрична схема (б), зовншн (в) та регулювальна (г) характеристики трансформатора з повтряним зазором В результат д електромагнтних сил рухомий пакет дроселя схиль ний до вбрац, особливо при малому зазор. Вбраця скорочу строк служби механзму пересування пакета, а також порушення золяц обмо ток. З цього приводу, а також внаслдок того, що так трансформатори за масою поступаються трансформаторам з пересувними обмотками та рухо мими шунтами, випуск х у всьому свт закнчено.

2.3. Трансформатори з магнтним регулюванням До ц групи джерел живлення належать трансформатори з нормаль ним магнтним розсюванням, як працюють у комплект з дроселями наси чення (ДН), та трансформатори з розвиненим магнтним розсюванням, що регулюються пдмагнчуванням нерухомого шунта (ТРПШ).

- джерела живлення мають низку стотних переваг перед розгляну тими ранше. Перша перевага - вдсутнсть рухомих частин , як наслдок, висока надйнсть та довговчнсть. Друга - вдносно мала нерцйнсть ре гулювання та простота дистанцйного керування. Третя перевага (вдноситься до джерел з ДН) - можливсть отримання дуже широких меж регулювання струму та прямокутно форми криво струму.

До недолкв цих пристров можна вднести велик витрати активних матералв та низьк енергетичн показники.

Дросел насичення дстають розповсюдження в унверсальних джере лах живлення закордонного виробництва для аргонодугового зварювання змнним та постйним струмом. ТРПШ також застосовуються як джерела живлення для аргонодугового зварювання , окрм того, для автоматичного зварювання пд флюсом. Але останнм часом джерела живлення з магнтним регулюванням все бльше витсняються сучасними еко номчними тиристорними системами.

На рис.2.10,а наведено схему джерела живлення, що складаться з трансформатора Т з нормальним магнтним розсюванням та з дроселем насичення (ДН) у зварювальному кол. На двох магнтопроводах ДН роз ташован робоч обмотки з числами виткв W1p та W2p ;

робоч обмотки ввмкнут послдовно з вторинною обмоткою трансформатора. Обмотка керування джерела з числом виткв Wк охоплю одночасно обидва магнтопроводи. Робоч обмотки увмкнен зустрчно-послдовно для того, щоб ЕРС основно частоти, як наводяться в обмотц керування, взамно компенсувалися. Але при наявност струму керування в обмотц керування W наводиться ЕРС подвйно частоти з амплтудою Е 2 max = U 20 max к, де Wp Wp = W1p + W2p. Дросель (ДН) працю у режим примусового намагнчення, тобто гармончна складова струму, що виника пд дю ЕРС Е2 max повнстю (або частково) заглушена за рахунок уведення в коло керування дроселя додаткового ндуктивного опору (дросель L на рис.2.10,а). В "деальних" ДН, що виконан на магнтопровод з прямокутною кривою намагнчування, у якого вдсутн розсювання обмоток та активн втрати, а гармончна складова струму керування повнстю заглушена, крива струму навантаження ма прямокутну форму.

Рис. 2.10. Схема трансформатора з дроселем насичування ДН (а), побудова кри во струму в робочому кол ДН (б) та осцилограма струму навантаження (в) В джерелах живлення з реальними ДН, що працюють у режим при мусового намагнчування, отримання сприятливо для зварювання прямо кутно форми криво струму повТязано з стотними додатковими витратами активних матералв на виготовлення дроселя L. Тому так джерела знахо дять обмежене застосування - тльки для спецальних цлей.

Спрощену побудову криво струму (для режиму короткого замикання) у кол з реальним ДН, що працю у режим примусового намагнчування, наведено на рис.2.10,б.

Якщо до зварювального кола докласти синусодальну напругу (крива 1), то, звТязавши з кривою намагнчування (крива 2), можна графчним способом побудувати криву струму 3 у робочому кол ДН. Крив струму в обидва пвпероди повнстю симетричн тому, що кожного пвпероду магнтний стан магнтопроводв взамно змнються. Пдтвердженням цьому служить осцилограма струму навантаження (рис.2.10,в).

Джерела живлення з прямокутною формою криво струму доцльн для застосування в установках для аргонодугового зварювання, де вимоги до форми струму вельми жорстк. Так джерела живлення випускаються в Укран, кранах СНД та далекого зарубжжя розглянут в гл.6.

Для ручного та автоматичного зварювання плавким електродом трансформатори з дроселями насичення промислового значення не набули.

Це повТязано, поряд з збльшеними витратами матералв, ще й з великою нерцйнстю змни зварювального струму.

Трансформатори, що регулюються пдмагнчуванням шунта, ще не давно були дуже розповсюдженим типом джерела живлення для автома тичного зварювання пд флюсом. Магнтна система трансформатора (рис.2.11,а,б) складаться з двох замкнених магнтопроводв, один з яких перпендикулярно вставлений у другий. Внутршнй магнтопровд 6 явля собою магнтний шунт. Силов обмотки трансформатора розташован си метрично на обох стрижнях зовншнього, головного, магнтопроводу 3.

Трансформатор виконаний з частковим рознесенням силових обмоток.

Вторинна обмотка складаться з основно обмотки з числом виткв W (котушки 4,5) та додатково обмотки з числом виткв W2 (котушки 1), причому додаткова обмотка розмщена з одного боку шунта разом з пер винною обмоткою W1 (котушки 2). Котушки первинно та вторинно обмо ток на двох стрижнях зТднан помж собою паралельно.

Рис. 2.11. Конструкця (а), схема з'днання обмоток (б) та регулювальна характеристика (в) трансформатора з пдмагнченим шунтом Обмотка керування виконана секцонованою: чотири котушки 7 об мотки керування Wк увмкнут зустрчно-послдовно вдносно ЕРС основ но частоти, що наводиться в них потоком шунта Ф ш. Потк Ф к, який створються постйним струмом в обмотках керування, замикаться крзь шунт.

Мж головним магнтопроводом та шунтом повтряний зазор.

Трансформатор забезпечу два способи регулювання струму:

ступнчасто - шляхом перемикання виткв вторинно обмотки, плавно - змною струму керування в обмотц керування шунта.

В дапазон малих струмв навантаження пдключаться до затискачв Х2 та Х3, а в дапазон великих струмв - до затискачв Х1;

Х2. При пере ход з дапазону малих струмв до дапазону великих струмв частина виткв обмотки W2 вимикаться (котушки 5) вмикаться стльки ж виткв обмотки W2 (котушки 1).

У межах кожного дапазону зварювальний струм плавно регулються через змну ндуктивного опору трансформатора. Наприклад, при збльшенн струму керування к (див.рис.2.11,в) в обмотц шунта зроста постйний потк пдмагнчування Ф к, зменшуються потоки розсювання Ф ш, та ндуктивний опр трансформатора Х Т , згдно з (2.19), - зварю вальний струм зроста.

До середини 80-х рокв в СРСР за схемою (рис.2.11,б) випускалися й ще пребувають у промисловй експлуатац у кранах СНД трансформатори для автоматичного зварювання сер ТДФ: ТДФ-1001, ТДФ- (рис.2.12,а), ТДФ-2001. Трансформатори виготовлен як стацонарн дже рела живлення розрахован на тривалий режим роботи з примусовим повтряним охолодженням. Трансформатори складаються з силового трансформатора Т (рис.2.12,б) з магнтною комутацю, навантаженням якого зварювальна дуга, стаблзованого регулятора струму СРС та блока допомжно захисно апаратури БДЗА.

До складу регулятора СРС входять: блок тиристорного регулятора струму (ТРС), блок фазового керування тиристорами (БФК) та керуючий блок (БК). Сигнал керування, що задаться резистором, з виходу БК по даться до БФК. Тут формуються мпульси напруги, синхронзован з час тотою напруги мереж, як вдкривають тиристори блока ТРС. Тиристор ний регулятор струму забезпечу плавне регулювання зварювального струму та стаблзацю робочо напруги при вдхиленнях напруги мереж в дапазон (Ц10Е+5)% U ном.

Технчн характеристики трансформаторв сер ТДФ наведен у дод. (див.табл.2.1).

Рис. 2.12. Конструкця (а) та структурна схема (б) трансформатора ТДФ-1601: 1 - блок керування;

2 - блок вентилв;

3 - магнтопровд;

4,5 - первинна та вторинна обмотки;

6 - вентилятор;

7 - контактор У звТязку з удосконаленням силово напвпровдниково технки магнтн регулятори (дросел насичення та керован шунти сьогодн прак тично повнстю витснен тиристорними регуляторами, як дають змогу найбльш просто та економчно виршувати завдання стаблзац, програ мування та дистанцйного регулювання режиму зварювання, формування потрбних зовншнх характеристик, обмеження постйно складово зва рювального струму.

2.4. Тиристорн трансформатори Тиристорн трансформатори (ТТ) - це група джерел живлення зварю вально дуги, в основу яко покладений спосб фазового регулювання струму. Головною частиною ТТ тиристорний фазорегулятор (ФР), що працю у комплект з силовим трансформатором. Фазорегулятор скла даться з двох зустрчно-паралельно зТднаних тиристорв та системи ке рування фазою х вдкриття (СФК).

Спосб фазового регулювання змнного струму грунтуться на пере творенн синусодального струму у знакозмнн мпульси, амплтуда та тривалсть яких визначаться кутом (фазою) вдкриття тиристорв. Незва жаючи на переривистий характер подавання зварювального струму, ТТ за безпечують (за допомогою спецальних пристров) достатньо високу стабльнсть горння дуги та дають змогу реалзувати так переваги фазово го регулювання струму:

знизити масу та спростити конструкцю силового трансформатора всього джерела в цлому;

сформувати ЗХДЖ потрбного вигляду;

стаблзувати режими зварювання при збуреннях рзного характеру;

керувати постйною складовою зварювального струму;

автоматизувати, програмувати та модулювати режими зварювання;

автоматично знижувати вихдну напругу джерела при холостому ход.

Вдмтною ознакою ТТ наявнсть силового трансформатора з розви неним електромагнтним розсюванням або додаткового дроселя у зварю вальному кол.

Силов схеми ТТ подляють за двома основними ознаками: способом забезпечення безперервност процесу зварювання та мсцем встановлення тиристорного фазорегулятора - у первинному або вторинному кол.

За першою ознакою ТТ подляють на дв групи. В трансформаторах одн групи зварювальний струм i2 (рис.2.13,а) переривистий. Тривалсть проткання струму визначаться кутом вдкриття силових тиристорв, котрий тут також кутом зсуву мж струмом i2 та напругою холостого хо ду трансформатора U20. У бльшост ТТ фазовий кут змнються у межах 60...120 ел. град.

Рис. 2.13. Даграми напруг струмв тиристорного трансформатора з мпульсною стаблзацю (а) та з колом пдживлення (б) Для надйного повторного збудження застосовано мпульсну стаблзацю горння дуги. У момент закнчення безструмово паузи до дуги прикладаться стаблзуючий мпульс струму. Амплтуда струму стаблзуючого мпульсу дорвню 60...80 А, тривалсть - 20...100 мс. Ти ристорний фазорегулятор подну функц керування значенням струму та комутуючого елемента мпульсного стаблзатора горння дуги.

В трансформаторах ншо групи стабльнсть процесу зварювання за безпечена безперервнстю струму, що протка через дугу (рис.2.13,б). Для заповнення безструмових пауз в нтервал непровдност тиристорв засто соване спецальне коло, що називаться колом пдживлення дуги, через яке проходить мнмально потрбний для стйкого процесу зварювання струм (струм пдживлення i20). Зсув фази мж струмом i20 та напругою U20 у цьо му випадку визначаться кутом, який залежить вд спввдношення на пруги дуги та кола пдживлення:

U д cos =, (2.21) ' 2U 20 max ' де U 20 max - амплтудне значення напруги кола пдживлення.

Для забезпечення стабльного горння дуги достатня сила струму пдживлення залежно вд способу зварювання склада: 10...15 А - для ар гонодугового зварювання неплавким електродом алюмнвих сплавв при наявност мпульсного стаблзатора дуги та напруз холостого ходу близь ко 70 В;

10...15 А - для ручного дугового зварювання покритими електро дами;

20...30 А - для автоматичного зварювання пд флюсом. Мале зна чення струму пдживлення да змогу використовувати для пдвищення стабльност горння дуги методи, як традицйно вважалися невигдними за енергетичними та масогабаритними показниками: збльшення напруги холостого ходу джерела, формування прямокутно хвил струму пдживлення тощо.

У промислових зварювальних установках ширшого застосування дс тали ТТ з перервистим регулюванням струму та мпульсною стаблзацю.

Адже вони потребують менших витрат активних матералв, а вдносно ма ла швидксть наростання струму пдживлення при змн полярност в трансформаторах з колом пдживлення погршу технологчн властивост джерел.

Розмщення тиристорного фазорегулятора у первинному або вторин ному кол трансформатора стотно вплива на конструкцю ТТ. В усх ви падках, коли нема потреби керувати значенням постйно складово зва рювального струму, тиристори вмикають у вдносно слабкострумове коло первинно обмотки трансформатора. Крм зниження габаритв ФР втрат у тиристорах, це да змогу зменшити або усунути втрати холостого ходу трансформатора та забезпечу оперативне вдключення його вд мереж.

Але в трансформаторах з колом пдживлення при цьому звужуться дапа зон регулювання зварювального струму, пдвищуються вимоги до симетр мпульсв керування тиристорами, до надйност та електрично мцност кл керування.

Розглянемо типов силов схеми ТТ з перервистим живленням дуги та з колом пдживлення.

У схемах на рис.2.14 коло пдживлення вдсутн струм дуги ма пе реривистий характер. В тиристорних трансформаторах, побудованих за схемою на рис.2.14,а, паралельно первиннй обмотц силового трансфор матора ввмкнуте коло, в яке входять конденсатори та додаткова мпульсна обмотка трансформатора, причому додаткова обмотка розмщена у зон вторинно обмотки силового трансформатора (наприклад, намотана поверх не) для забезпечення достатнього магнтного звТязку мж цими двома об мотками. При вдкритт будь-якого з тиристорв конденсатор заряджаться до поточного значення напруги мереж. Зарядний струм конденсатора про ходить через додаткову обмотку, трансформуться у вторинне коло сило вого трансформатора виклика у дуговому промжку мпульс напруги, достатнй для повторного збудження дуги. Псля закнчення часу провдност тиристора дуга погаса, конденсатор розряджаться на пер винну обмотку силового трансформатора.

Рис. 2.14. Схеми трансформаторв з мпульсною стаблзацю У наступний пвперод напруги мереж вмикаться другий тиристор ФР, конденсатор заряджаться у зворотному напрям, його зарядний струм виклика стаблзуючий мпульс у мжелектродному промжку та повторне збудження дуги.

ншим варантом побудови ТТ з мпульсною стаблзацю схема з застосуванням окремого мпульсного трансформатора (рис.2.14,б). Вто ринна обмотка цього трансформатора ввмкнута через роздльний конден сатор паралельно вториннй обмотц силового трансформатора.

Принцип мпульсно стаблзац дуги переривистого змнного струму реалзуться також при встановленн тиристорного фазорегулятора у вто ринне коло зварювального трансформатора (рис.2.14,в). Генератор високо вольтних мпульсв, що забезпечу первсне запалювання та повторне збудження дуги, працю наступним чином. У момент вдкриття тиристора струм конденсатора С наводить у вториннй обмотц високовольтного трансформатора Т2 мпульс високо напруги, достатнй для пробою мжелектродного промжку. Конденсатор С ф захища джерело живлення вд перенапруг.

На рис.2.15,а наведен типов зовншн характеристики ТТ з мпульсною стаблзацю.

Рис. 2.15. Зовншн вольт-амперн характеристики трансформаторв з мпульсною стаблзацю (а) та з колом пдживлення (б) Трансформатори з колом пдживлення також виконуються за рзними силовими схемами. На рис.2.16 наведен спрощен схеми ТТ з колом пдживлення тиристорами у зварювальному кол, а на рис.2.17 - з пдживленням та фазорегулятором у кол первинно обмотки силового трансформатора. У схем на рис.2.16,а тиристори шунтован дроселем, ндуктивнсть якого L2 на порядок вище за ндуктивнсть розсювання L силового трансформатора Т1. Схеми ТТ (рис.2.16,б,в) дозволяють пдвищити напругу холостого ходу джерела без помтного збльшення його встановлено потужност. У коло пдживлення введена додаткова обмотка силового трансформатора Т1. В схем на рис.2.16,б додаткова обмотка ввмкнута послдовно вдповдно з основною вторинною обмоткою Т1, а в схем на рис.2.16,в додаткова обмотка та дросель пдживлення ввмкнут паралельно навантаженню джерела.

Рис. 2.16. Схеми тиристорних трансформаторв з колом пджив лення тиристорним фазорегулято ром у кол вторинно обмотки силового трансформатора ' Напруга кола паралельного пдживлення U 20 бльша за напругу U 20, що виключа можливсть вдкриття тиристорв у режим холостого ходу трансформатора;

пд час зварювання основне та пдживлююче кола розвТязан паднням напруги в дуз.

Безпосередн шунтування тиристорв дроселем у трансформаторах з колом пдживлення, якщо тиристорний фазорегулятор встановлений у кол первинно обмотки силового трансформатора, приводить до зниження на пруги на первиннй обмотц трансформатора в нтервали непровдност ти ристорв. Наслдком цього погршення стйкост горння дуги, тому для усунення цього недолку використовують схему з допомжним трансфор матором (рис.2.17,а) або автотрансформаторну схему з дроселем (рис.2.17,б).

Типов зовншн вольт-амперн характеристики ТТ з колом пдживлення наведено на рис.2.15,б. Крива 1 зовншньою характеристи кою кола пдживлення.

Рис. 2.17. Схеми тиристорних трансформаторв з колом пдживлення тиристорним фазорегулятором у кол первинно обмотки силового трансформатора Для тиристорних трансформаторв характерн деяк особливост тех нологчних властивостей, пов'язан з подачею у зварювальне коло зна козмнних мпульсв струму.

Так, пдвищення густини струму в електрод при зварюванн вд ТТ та бльш рзке зростання струму сприяють дрбнокраплинному перенесенню металу, при цьому зменшуться вигоряння легувальних домшок та пе регрвання виробу.

При зварюванн знакозмнними мпульсами у 1,5...2,0 рази скоро чуться зона термчного впливу, зменшуться зернистсть, пдвищуються мцнсть та пластичнсть металу шва.

Але бльш крутий фронт зростання пвхвил струму негативно вплива на стйксть обмазки покритого електрода та зносостйксть вольфрамового електрода;

для зварювання слд використовувати електроди бльшого даметра.

При автоматичному зварюванн пд флюсом на стандартних режимах через пдвищену довжину дуги ма мсце тенденця до пороутворення у швах, що примушу виконувати трансформатори з розбиванням повного дапазону регулювання струму на ступен, рекомендувати зварювання на знижених на 10...15 % значеннях дючо напруги дуги. Для створення дапазону малих струмв застосовують, наприклад, реакторну обмотку, що встановлена у вкн трансформатора у площин, паралельнй його стриж ням. Реакторна обмотка вмикаться послдовно та вдповдно з первинною обмоткою або послдовно та зустрчно з вторинною обмоткою трансфор матора. Зворотне вмикання реакторно обмотки виклика збльшення струму короткого замикання тому недоцльно.

З тиристорних трансформаторв, що нин випускаються серйно у кранах СНД, можна вдзначити ТДЭ-101, ТДЭ-251, ТДЭ-402 (з пристром обмеження напруги холостого ходу) - для ручного дугового зварювання покритими електродами та ТДФЖ-1002 ТДФЖ-2002 - для автоматичного зварювання пд флюсом. Технчн характеристики цих джерел живлення наведен у дод.2 (див.табл.2.1).

2.5. Система фазового керування тиристорних трансформаторв Система фазового керування (СФК) ТТ здйсню фазове регулювання миттвого, дючого та середнього значень напруги навантаження, а також забезпечу формування потрбно форми зовншньо вольт-амперно харак теристики джерела. Блок фазового керування (БФК) складаться з двох пристров: фазозсувного (ФП) вихдного (ВП). Фазозсувний пристрй здйсню привТязку СФК до мереж змнного струму, вд яко живиться ТТ, та забезпечу формування керуючих мпульсв змну х фази вдносно на пруги мереж. Для керування двома протифазними тиристорами фазорегу лятора (ФР) звичайно використовуться один ФП. мпульси з ФП до сило вих тиристорв ФР надходять не безпосередньо, а через вихдний пдсилювальний пристрй, який остаточно форму мпульси з параметрами, що забезпечують гарантоване вмикання будь-якого тиристора даного типу у певнй силовй схем ТТ.

В цлому СФК повинна бути надйною, перешкодостйкою, мати швидкодю, забезпечувати потрбний дапазон змни фази мпульсв, х си метрю в обидва пвпероди, необхдн х параметри - амплтуду й три валсть.

Розглянемо роботу як окремих типових блокв СФК, так в цлому систему автоматичного регулювання в тиристорних трансформаторах, до складу яко входить БФК.

Фазозсувний пристрй. Принцип д ФП (рис.2.18,а) грунтуться на заряд конденсатора СЗ до певного рвня з наступним його розрядом на первинну обмотку мпульсного трансформатора Т1. Зарядне коло живить ся трапецедальною випрямленою напругою, що знматься з стаблтрона VD5, увмкнутого на виход випрямного мосту VD1...VD4. На вход вип рямного мосту встановлений фльтр (С1, С2, R1, R2), який зменшу вплив викривлень напруги мереж на роботу ФП.

Конденсатор С3 заряджаться колекторним струмом транзистора VT2, який увмкнутий за схемою стаблзатора струму. Струм колектора к та напруга U С3 на конденсатор дорвнюють:

U вх к = ;

(2.22) R U вх iк dt = R C t, U C3 = (2.23) C3 де U вх - сигнал керування на вход ФП.

Рис. 2.18. Вузли блока фазового керування тиристорного транс форматора:

а - фазозсувний пристрй;

б - вихдний пристрй Заряд конденсатора С3 здйснються до того часу, поки напруга на ньому не досягне значення U C3 = К ПU 1, де U 1 - напруга живлення схеми (напруга стаблзац стаблтрона VD5);

К П = 0,65 0,9 - коефцнт пе ремикання одноперехдного транзистора VT1. Псля цього транзистор VT вдкриваться конденсатор С3 розряджаться на первинну обмотку мпульсного трансформатора Т1. мпульси, що утворюються, тривалстю до 10 мкс поступають через вторинн обмотки трансформатора Т1 до вихдного пристрою (затискач 1...4).

Псля розряду конденсатора С3 транзистор VТ1 запираться конден сатор С3 знову почина заряджатися. Такий процес утворення пилко подбно напруги закнчуться в кнц пвпероду живильно напруги при спаданн трапецедально напруги стаблтрона VD5 до нуля та вдновлються на початку наступного пвпероду. При нульовому значенн живильно напруги конденсатор С3 повнстю розряджаться. Завдяки цьо му забезпечуться синхронзаця роботи ФП з напругою живильно мереж та незалежнсть моменту початку його роботи у кожному наступному пвперод вд закнчення у попередньому пвперод.

Вихдний пристрй. Для формування та пдсилення мпульсв керуван ня силовими тиристорами часто використовують напругу допомжного трансформатора Т2 (рис.2.18,б). Малопотужний тиристор VS3 (VS4) ко мутатором у кол, до якого входять обмотка трансформатора Т2, струмо обмежувальний резистор R1 (R2) та керуючий перехд силового тиристора VS1 (VS2). Тиристори VS1 та VS2 утворюють фазорегулятор ТТ. Тиристо ри VS3 та VS4 увмкнут у протифазн кола, тому, незважаючи на те, що мпульси на х вмикання з ФП потраплять в обидва пвпероди, кожен з них вдкриваться тльки у пвперод, коли анодна напруга на ньому пози тивна. Кут вмикання тиристорв VS3 (VS4) характеристикою керування ФП залежить вд значення U вх :

2 f R 4 C 3 К П U = t =. (2.24) U вх Цей кут одночасно визнача зсув фаз мж напругою холостого ходу та струмом 2 ТТ (див. рис.2.13), а також величину ндуктивного опору U трансформатора Х Т = tg R, де R - сумарний активний опр зварю вального кола.

Роботу БФК можна пролюструвати даграмою напруг (рис.2.19). Тра пецедальна напруга живлення ФП U 1 формуться з синусодально вип рямлено напруги. Пилкоподбна напруга U 2 характеризу заряд конденса тора С3.

Створен при розряд конденсато ра мпульси напруги U 3 на вторинних обмотках трансформатора ФП керують моментами спрацювання (кут ) ма лопотужних тиристорв ВП VS3 та VS4. мпульси напруги U 4 та U 5, що керуються протифазними силовими тиристорами ФР, надходять з обмоток допомжного трансформатора Т2 через тиристори VS3 та VS4. Тривалсть мпульсв керування дорвню.

Якщо кут вмикання тиристорв в СФК задавати вручну та не змнювати Рис. 2.19. Даграма напруг на у процес навантаження, то ТТ буде елементах БФК працювати на природних зовншнх вольт-амперних характеристиках (див.

рис.2.15). Але часто виника потреба у формуванн ншо форми ЗХДЖ.

Наприклад, при робот ТТ у комплект з автоматичною голвкою для зва рювання пд флюсом з постйною швидкстю подач електродного дроту (принцип саморегулювання дуги) трансформатор повинен мати жорстку (пологоспадну) зовншню характеристику. Оптимальна крутсть характе ристики склада (5Е10)10-3 В/А.

В установках для аргонодугового зварювання алюмнвих сплавв вольфрамовим електродом для стаблзац зварювального струму потрбн вертикальн, або "штиков", зовншн характеристики з крутстю 2...5 В/А.

В трансформаторах для ручного дугового зварювання покритими електродами нахил ЗХДЖ склада 0,15...0,30 В/А.

Для формування заданих зовншнх характеристик, а також для стаблзац режиму зварювання в ТТ застосовують системи автоматичного регулювання (САР) з використанням як регулюючого органа тиристорного фазорегулятора. В трансформаторах з жорсткою ВАХ регулюючий пара метр - напруга дуги, а зварювальний струм головною збурюючою дю системи автоматичного регулювання;

в трансформаторах з спадною ВАХ головне збурення системи (коливання довжини дуги) безпосередньо повТязане з напругою в дуз, а регулюючий параметр - зварювальний струм. До додаткових збурень, що впливають на роботу САР, належать ко ливання напруги мереж та змна параметрв само системи внаслдок, на приклад, нагрву елементв.

В ТТ використовують здебльшого замкнен САР, тобто системи, як реагують на змну самого параметра, що регулються. Структурну схему ТТ з такою САР наведено на рис.2.20. Силовий трансформатор СТ з фазо регулятором ФР у первинному (або вторинному) кол пдключен до наван таження - зварювально дуги.

Фазорегулятор з'днаний з блоком мпульсно-фазового ке рування (БФК). До входу БФК з елемента порвняння ЕП по даться рзниця сигналв U з U з.з з блока завдання БЗ та датчика зворотного звТязку Рис. 2.20. Структурна схема тиристорного Д. Елементом порвняння трансформатора транзистор або операцйний пдсилювач, який входить до складу БФК. Шляхом збльшення коефцнта пдсилення системи (вдношення напруги на виход ФР до напруги на вход СФК) можна одержати практично горизонтальну або вертикальну ЗХДЖ, причому в першому випадку напруга в дуз, а в другому зварю вальний струм не залежать як вд головних, так вд додаткових збурень.

Для формування зовншнх характеристик промжно крутост використо вують спецальн засоби для порвняння сигналв U з та U з.з.

Блок завдання (БЗ) призначений для формування сигналу параметра, що регулються. Напруга на виход БЗ може бути постйною, змнюватися пд дю головних або додаткових збурень, а також змнюватися з часом за певним законом або програмою. В останньому випадку БЗ програмато ром зварювального режиму. У деяких зварювальних установках функц програматора викону ЕОМ, що керу деклькома трансформаторами.

Найважлившою ланкою САР датчик сигналу зворотного звТязку за параметром, що регулються.

Датчиком сигналу зворотного звТязку за зварювальним струмом у ТТ з спадними ВАХ часто служить трансформатор струму, первинною об моткою якого зварювальний кабель. Трансформатор струму виконуться на стрижневому або тородальному магнтопровод.

ТТ, в яких передбачено регулювання постйно складово зварюваль ного струму, мають два датчики струму: у колах тиристорв прямо та зво ротно полярност.

Датчики напруги, що використовують для формування жорстко ВАХ трансформатора, виконан у вигляд резисторних дльникв, пдключених до вихдних клем ТТ. Якщо довжина зварювального кабелю дуже велика, то ма мсце рзке падння напруги у зварювальному кол, точнсть пдтримання задано напруги в дуз знижуться. У цих випадках доцльно брати сигнал зворотного звТязку безпосередньо з зварювально голвки та виробу.

2.6. Трансформатори для живлення трифазно дуги Висока стабльнсть процесу автоматичного зварювання трифазною дугою забезпечуться лише за умови однаково швидкост плавлення елек тродв. Цього можна досягти, якщо застосовувати джерела живлення, що мають ндуктивн опори у кожнй фаз, котр рвн за величиною та одно часно змнюються. Крутсть спадання ЗХДЖ повинна забезпечувати стйке горння дуги. При цьому обовТязкове виконання умови:

2 2 1 2U з U0 + 1.

(2.25) 2 Uд Uд 2 Якщо прийняти, що U з = U д, то, псля перетворень, одержимо:

U 1,17, тобто схеми джерел живлення трифазно дуги для зварювання Uд плавкими електродами повинн U 0 1,17U д забезпечувати формувати спадну зовншню характеристику. Деяк схеми таких джерел живлення наве ден на рис.2.21. Трифазн трансформатори з пересувними обмотками (рис.2.21,а) мають той самий недолк, що прита манний взагал трансформато рам з механчним регулюван ням - пдвищену вбрацю, особливо при зварюванн на великих струмах.

Трансформатори з дросе лем насичення (рис.2.21,б) хоча й достатньо прост за конст рукцю, але не дають змоги Рис. 2.21. Схеми джерел живлення для регулювати напругу холостого зварювання трифазною дугою ходу. Найбльш ефективно ви користання трансформаторв з магнтним регулюванням (рис.2.21,в), як забезпечують можливсть змни нахилу ВАХ та напруги холостого ходу.

Умови горння трифазно дуги при використанн неплавких електродв бльш сприятлив тому, що можливсть роздльного регулювання струму в кожнй дуз. У промисловост застосовують джерела живлення трифазно дуги для зварювання неплавкими електродами алюмню та його сплавв, магнвих сплавв (рис.2.21,г). Первинна та вторинна обмотки ввмкнут за схемою вдкритого трикутника. Завдяки розвиненому магнтному розсюванню зовншня вольт-амперна характеристика джерела круто спад на. Обмотки керування Wк1 та Wк2 забезпечують плавне регулювання струму в кожнй дуз. Конденсаторна батарея С призначена для знищення постйно складово струму, осцилятор ОС з релейним блоком РБ та стаблзатор СД забезпечують початкове запалення та повторне збудження дуги.

2.7. Вибр трансформаторв для рзних способв зварювання Для вибору трансформатора для заданого способу дугового зварюван ня слд, насамперед, визначити статичну вольт-амперну характеристику дуги та розглянути параметри залежно вд режиму зварювання.

Дал, на пдстав спвставлення технчних вимог до рзних трансфор маторв, що визначен вдповдними стандартами, а також виходячи з умов експлуатац джерела, можна вибрати трансформатор потрбно потужност та заданих електричних параметрв зварювання. При цьому слд придляти увагу вибору режиму роботи джерела (тривалий, перемжний, повторно короткочасний), технко-економчним показникам трансформатора (ККД та cos), а також вдповдност його зовншньо вольт-амперно характери стики статичнй характеристиц дуги.

Розглянемо вибр зварювального трансформатора на прикладах.

Приклад 1. Вибрати джерело живлення змнного струму для ручного дугового зварювання покритими електродами струмом силою 200 А.

Ршення. Для ручного дугового зварювання покритими електродами застосовують трансформатори з пересувними обмотками з круто спадною зовншньою характеристикою. При такй ЗХДЖ струм короткого замикан ня дещо бльше робочого струму, що не порушу тепловий режим пд час виникнення випадкових коротких замикань. Крм того, зварювальний струм змнються незначно (висока еластичнсть дуги) при частих змнах довжини дуги, що характерно для ручного дугового зварювання. Для зада но сили струму СХД - жорстка, а це забезпечу при крутоспаднй ЗХДЖ стйксть енергетично системи ДЖ - Д - В. Напруга в зварювальнй дуз при ручному дуговому зварюванн знаходиться у межах 20...36 В встано влються залежно вд конкретних умов та досвду зварника.

З метою правильного вибору трансформатора треба знати його техн чн характеристики (див. табл.2.1, дод.2). Найбльш задовольняють зада ним параметрам трансформатори ТД-306, ТДМ-254, ТДМ-317 та ТДЭ-251. з загального циклу роботи, прийнятого для джерела живлення для ручного дугового зварювання (5 хв) трансформатори ТД-306 та ТДЭ-251 забезпечують роботу протягом 1 хв паузу тривалстю 4 хв, трансформатор ТДМ-254 - вдповдно 1,25 хв 3,75 хв, а ТДМ-317 - вдповдно 3 2 хв.

Трансформатор ТДЭ -251 ма тиристорний регулятор струму тому бльш широк технологчн можливост порвняно з трансформаторами ТД-306 та ТДМ-254. Остаточно для роботи у монтажних умовах з режи мом короткого навантаження буде ефективним застосування трансформа тора ТДЭ-251, а для роботи у стацонарних умовах, де потрбне бльш три вале навантаження джерела живлення дуги, - трансформатора ТДМ-317.

Використовувати трансформатори з бльшою потужнстю нема сенсу че рез надмрн витрати енерг.

Приклад 2. Вибрати джерело живлення змнного струму для автома тичного зварювання пд флюсом струмом силою 900 А.

Ршення. Для зварювання в автоматичному режим пд флюсом змнним струмом використовують трансформатори з пологоспадною зов ншньою характеристикою, коли статична характеристика дуги - жорстка, а трансформатор з жорсткою ВАХ - якщо СХД зростаюча. Таке узгоджен ня характеристик забезпечу горння дуги (коефцнт стйкост системи dU д dU дж ДЖ - Д - В k ст = > 0 ) та високу яксть зварювання при коли dI dI ваннях зварювального струму, що викликан змною довжини дуги.

Для заданого зварювального струму 900 А СХД - зростаюча, отже, трансформатор ма бути з жорсткою ВАХ. Напруга в дуз при автоматич ному зварюванн пд флюсом знаходиться у межах 32...44 В залежить вд рзних причин (даметра електрода, сили струму, марки флюсу т.н.) у конкретних умовах.

Для автоматичного зварювання при сил струму 900 А формально мо жна застосувати трансформатор з магнтним регулюванням ТДФ-1001 та тиристорний трансформатор ТДФЖ-1002. Вибирамо трансформатор ТДФЖ-1002 тому, що вн вдповда умов: жорстка ВАХ при зростаючй СХД. Залежно вд конкретних умов на виход трансформатора за допомо гою системи фазового керування слд встановити необхдну напругу, яка забезпечить задану яксть зварного зТднання у тривалому режим роботи джерела. Застосування трансформатора ТДФЖ-2002 неефективне внасл док великих енерговитрат.

Контрольн питання 1. Якими рвняннями описуються процеси у зварювальних трансфор маторах при робот у режим: холостого ходу;

навантаження;

короткого замикання?

2. Якими способами формуються зовншн вольт-амперн характерис тики зварювальних трансформаторв?

3. За допомогою яких схемних ршень регулються зварювальний струм у трансформаторах для ручного дугового та автоматичного зварю вання?

4. Як забезпечуться стабльнсть горння дуги при живленн вд ти ристорного трансформатора?

5. У чому поляга суть системи автоматичного регулювання вихдни ми параметрами тиристорного трансформатора?

6. Як особливост мають трансформатори для живлення трифазно дуги?

Глава МАШИНН ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ ПОСТЙНОГО СТРУМУ Ус машинн джерела живлення, що мстять зварювальн генератори, подляють за типом приводу на так групи:

зварювальн агрегати (з приводом вд власного двигуна внутршнього згорання);

зварювальн перетворювач (з приводом вд електричного двигуна);

зварювальн генератори, призначен для зТднання з приводом основ них транспортних засобв, як використовуються споживачем.

З усх перелчених груп головний обсяг випуску припада на зварювальн агрегати.

За принципом роботи зварювальн генератори можна подлити так:

колекторн зварювальн генератори постйного струму;

вентильн зварювальн генератори постйного струму;

генератори змнного струму пдвищено частоти.

За призначенням, тобто в залежност вд способу зварювання (форми зовншньо статично характеристики), зварювальн генератори роз подляються на:

генератори для ручного дугового зварювання та механзованого зва рювання пд флюсом (з крутоспадними характеристиками);

генератори для механзованого та автоматичного зварювання в сере довищ захисних газв (з жорсткими характеристиками);

унверсальн генератори, що мають крутоспадн та жорстк статичн характеристики.

Зварювальн машинн джерела живлення використовують для дугово го зварювання та розрзання металв, для роботи у польових умовах або пд водою. Зварювальн генератори постйного струму повинн забезпечувати легке збудження та стйке горння зварювально дуги, а також належну безпеку електрозварювальних робт, особливо при зварюванн пд водою.

Так вимоги реалзуються завдяки пдвищенй напруз холостого ходу по рвняно з робочою, а динамчн властивост - конструкцю генератора.

Безпека електрозварювальних робт, особливо пд водою, забезпечуться спецальним пристром зниження напруги холостого ходу до безпечного рвня. Цим пристром генератори комплектуються за спецальними замов леннями.

Головним споживачем електромашинних зварювальних перетворюва чв агрегатв прокладники трубопроводв, будвельники та монтажники, ремонтники, що працюють в умовах вдсутност електропостачання.

Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 |    Книги, научные публикации