zdg_konspect

воно працює, не перегрiваючись вище вказаних норм. У процесi роботи джерела вiдбувається нагрiвання його обмоток, залiза осердя та iнших складових частин. Розрiзняють три режими роботи джерела живлення: тривалий, перемежуючий i повторно-короткочасний.

Тривалим режимом називається такий режим, при якому джерело встигає пiд час роботи нагрiтись до сталої температури. У цьому випадку кiлькiсть тепла, яка вiддається в навколишнє середовище за одиницю часу, рiвна кiлькостi тепла, яке видiляється в джерелi живлення. При такому режимi робота джерела з навантаженням вiдбувається безперервно i тому настроювати струм вище номiнального значення не рекомендовано.

Перемежуючий режим характеризується вiдносною тривалістю навантаження ТН% за час циклу tЦ=tД+t0, коли перiоди горiння дуги тривалiстю tД чергуються з перiодами неробочого ходу джерела t0.

Цей режим характерний для ручного дугового зварювання, а також для автоматичного зварювання на постiйному струмi.

При повторно-короткочасному режимi роботи пiд час циклу тривалiстю tЦ=tД+tП перiоди горiння дуги тривалiстю tД перемежуються з перiодами вiдключення вiд мережi tП. Такий режим характеризується вiдносною тривалістю увімкнення ТУ%:

У такому режимi працюють джерела живлення для механiзованного зварювання пiд флюсом на змiнному струмi та унiверсальнi джерела.

Тривалiсть циклу tЦ прийнята 10 хвилинам.

Якщо джерело розраховане на номiнальну вiдносну тривалість навантаження ТН%=60% при циклi зварювання 10 хв., то в процесi роботи на номiнальному струмi IН воно не буде перегрiватися, за умови коли при 10–хвилинному циклі дуга буде горiти не бiльше 6 хв. При будь-якому iншому режимi перегрiву не буде, якщо тепловидiлення в джерелi з внутрiшнiм опором RДЖР за час циклу не буде перевищувати тепловидiлення при номiнальному режимi, тобто

ІД2 RДЖРtД ≤ IH2 RДЖРtД НОМ .

21

Якщо подiлити обидвi частини рiвняння на tЦ, одержимо:

ІД2 ТН £ IНОМ2 ×ТННОМ .

Якщо ТН% вiдрiзняється вiд номiнального, наведеного в паспортi джерела живлення, то величину зварювального струму, яка вiдповiдає iншому значенню ТН%, можна визначити iз спiввiдношення.

Допустиме значення ТН% при струмi IД, який вiдрiзняється вiд номiнального струму IН, визначається iз наступного вiдношення:

2.8 Система позначень джерел живлення

Позначення типів виробів, які випускаються підприємством, складається з літерної i цифрової частин:

-перша літера - тип виробу (Т-трансформатор, В-випрямляч, Г-генератор, А- агрегат, У-установка);

-друга літера - вид зварювання (Д-дугове, П-плазмове);

-третя літера - спосiб зварювання (Ф-пiд флюсом, Г-в захисних газах, У- унiверсальнi джерела для рiзних способiв зварювання).

При вiдсутностi третьої літери - ручне дугове покритими електродами;

-четверта літера - призначення джерела (М-багатопостове зварювання, И- iмпульсно-дугове).

Одна або двi цифри пiсля літер позначають номiнальний зварювальний струм

всотнях ампер (округлено). Двi наступнi цифри - регiстрацiйний номер виробу. Наступна за ними літера говорить про клiматичне виконання (У-для використання

вкраiнах з помiрним клiматом, Т-для тропiкiв, ХЛ-для районiв з холодним клiматом). Цифра пiсля літерного позначення клiматичного виконання вказує на категорiю розташування, в якiй працює джерело. Для роботи на вiдкритому повiтрi - 1, пiд навiсом - 2, в примiщеннях з природною вентиляцiєю - 3, в примiщеннях з штучним регулюванням клімату - 4, в примiщеннях з пiдвищенною вологiстю - 5.

22

Розшифровуючи, наприклад, тип джерела ВДГМ-1602У3 маємо: випрямляч для дугового зварювання в середовищi захисних газiв, багатопостової системи на струм 1600 А, реєстрацiйний номер виробу 02, використовується при роботi в помiрному кліматi в приміщеннях з природною вентиляцiєю.

23

ЛЕКЦІЯ 3

3.1. Особливостi горiння дуги при живленнi її змiнним струмом

Стiйкiсть горiння дуги при зварюваннi на змiнному струмi значно гiрша від стійкості дуги постiйного струму. При частотi напруги мережi 50 Гц зварювальний струм 100 разiв на секунду набуває значення 0, пiсля чого дуга збуджується знову, тобто в її горiннi виникають короткочаснi перериви. Внаслiдок цього зменшується температура плазми в стовпi дуги i температура активних плям на електродах. Для пiдвищення стiйкостi необхiдно скорочувати час переривiв у горiннi дуги при переходi струму через нуль.

Розглянемо роботу зварювального трансформатора, в коло якого послiдовно з дугою увімкнені активний i iндуктивний опори.

При наявностi в колi тiльки активного опору формується спадна зовнiшня характеристика i здійснюється регулювання струму навантаження. Зсування фаз мiж кривою струму i напруги дорiвнює 0, (рис. 3.1). Збудження дуги в кожному пiвперiодi буде проходити при досягненi напругою рівня, який відповідає напрузi запалювання UЗ.

Рис.3.1. Криві струму і напруги при включенні в коло змінного струму тільки активного опору.

де Um - амплiтудне значення напруги джерела живлення,

24

Згасання дуги буде проходити при напрузi меншiй, ніж вимагається для горiння дуги, тобто:

UЗГ=Umsin(π-ωtЗГ)=UmsinωtЗГ. (3.3)

де tЗГ - час згасання дуги. З рiвняння (3.3) знаходимо:

ωtзг = arcsin Uзг .

Um

tзг = arcsin (Uзг /Um ). 2πf

Час перерви в горiннi дуги tП буде дорiвнювати сумi tЗ i tЗГ, тобто:

При включеннi в коло вторинної обмотки трансформатора iндуктивного опору ХР мiж струмом i напругою джерела з’являється зсування фаз ϕ. Маючи значний реактивний опір котушка iндуктивностi забезпечує отримання спадної вольтамперної характеристики на посту, що дає можливiсть регулювання режимiв зварювання i сприяє пiдвищенню стiйкостi горiння дуги змiнного струму.

З кривих струму i напруги (рис. 3.2) видно, що повторне миттєве збудження зварювальної дуги можливе, якщо при переходi струму через нульове значення напруга джерела живлення буде бiльшою або рiвною напрузi запалювання UЗ, тобто:

UДЖР = Um sinj ³Uз.

25

При визначеному значеннi кута зсування фаз горiння дуги пiд час всього пiвперiоду може бути безперервним, тобто tП=0. У випадку включення у зварювальне коло iндуктивностi напруга трансформатора складається з падiнь напруги в дузi i на iндуктивності:

UДЖР=UД+UР.

де UР - падiння напруги на iндуктивному опорi.

Рис.3.2. Криві струму і напруги при включенні в коло змінного струму індуктивного опору

При навантаженнi зварювальний струм IД за виключенням переддугового перiоду практично сiнусоїдний, тобто:

IД=Imsinωt.

де Im - амплiтудне значення струму.

З введенням iндуктивностi напруга трансформатора буде визначатись наступною залежнiстю:

UДЖР=Umsin(ωt+ϕ).

Завдяки iндуктивностi в колi змiнного струму спостерiгається зсув за фазою мiж струмом i напругою. Внаслiдок цього перехiд кривої струму через нуль відбувається при високiй напрузi трансформатора, що значно пiдвищує надiйнiсть повторного запалювання i стiйкiсть горiння дуги.

Зменшити час перерви tП, тобто пiдвищити стiйкiсть горiння дуги, можна технологiчними i електротехнiчними методами.

Технологiчнi методи направленi на зниження напруги запалювання UЗ. Для

26

цього збiльшують емiсiйну здатність електродiв, використовуючи тугоплавкi або неплавкi електроди, пiдвищують степiнь остаточної iонiзацiї плазми. Для збiльшення степенi залишкової iонiзацiї вводять до складу покриття легкоiонiзуючi речовини, якi містять K, Na, Ca. Електротехнiчними методами пiдвищення стiйкостi є збiльшення напруги Um джерела живлення або напруги неробочого ходу U20, оскільки U20 = Um 2 .

Величина U20 джерела значною мірою залежить вiд напруги, необхiдної для повторного збудження дуги UЗ .

Стiйкiсть горiння дуги також пiдвищується i при збiльшеннi частоти змiнного струму f. Для цього необхiдно застосовувати джерела пiдвищеної частоти до 500 Гц i вище. Збiльшення частоти пов’язане зі створенням джерел складної конструкцiї, що рiзко збiльшує їх вартiсть. Найбiльш ефективними електротехнiчними методами є увімкнення послiдовно з дугою iндуктивностi або використання iмпульсного стабiлiзатора горіння дуги IСГД.

Наявнiсть iндуктивного опору в колi обов’язкова для всiх джерел живлення змiнного струму, причому для бiльшостi зварювальних кiл вiдношення X/R>5.

3.2. Загальнi рiвняння роботи однофазних зварювальних трансформаторiв

Загальнi рiвняння роботи трансформаторiв можуть бути одержанi зі спрощених еквiвалентних схем замiщення, в яких магнiтний зв’язок мiж первинною i вторинною обмотками замiнюється електричним. Схема замiщення повинна бути еквiвалентною трансформатору, тобто споживана i корисна потужнiсть, її втрати, ККД i коефiцiент потужностi, якi визначаються за схемою замiщення, повиннi дорiвнювати реальним їх значенням у трансформаторi. Для виконання такої умови необхiдно привести параметри однієї з обмоток до другої, вважаючи, що вони повиннi мати однакову кількість виткiв. З метою проведення аналiзу роботи трансформатора необхiдно здiйснити зведення первинної обмотки до вторинної або навпаки. У випадку зведення первинної обмотки до вторинної, струм первинного кола I1 множать, а напругу i ЕРС – дiлять на коефiцiент трансформацiї К, опiр обмотки дiлять на К2. Отже, рiвняння зведення буде мати такий вигляд:

U1′ =U1 / K =U20 , I1′ = I1 × K = I2 = Iд , , X1′ = X1 / K 2 , .

Cхема замiщення являє собою послiдовно-паралельне з’єднання активних i індуктивних опорiв. На вхiд схеми подається зведена напруга U1, а знiмається U2,

27

що дорівнює U20. Схему замiщення можна спростити i подати у виглядi послiдовного з’єднання активних i iндуктивних опорiв (рис. 3.3).

Залежнiсть напруги дуги UД вiд струму навантаження IД у векторнiй формi

буде мати вигляд:

U& Д = U& ДЖ Р = U& 20 - I&Д j éë(Х 1' + X 2 + X P ) + (R1' + R2 + RP )ùû ,

де - напруга джерела живлення, яка складається з напруги трансформатора i дросельної катушки;

X1' , R1' - зведені iндуктивний i активний опори, Ом;

X2, XР - iндуктивні опори вторинної i реактивної (дросельної) котушок, Ом; R2, RР - активні опори вторинної i реактивної (дросельної) котушок, Ом.

- a -

- б -

Рис.3.3. Спрощена схема заміщення трансформатора (а) і його векторна діаграма (б)

Позначимо XT = X1′ + X2 , а RT = R1′ + R2 ,

де ХТ, RТ – відповідно сумарний iндуктивний i активний опiр трансформатора. Тодi рiвняння зовнiшньої характеристики трансформатора набуде вигляду:

28

U& Д =U& ДЖР =U&20 - I&Д × Ze ,

де Zе - це повний еквiвалентний опiр схеми замiщення трансформатора i зварювального кола.

Зварювальний трасформатор живить дугу, тому IД=I2 i Uд=Uджр .Зовнiшня характеристика буде спадною за рахунок падiння напруги в опорах трансформатора i зварювального кола. Еквiвалентний опiр Zе в основному визначається iндуктивними опорами ХР i ХТ. У зварювальних трасформаторах з розвиненим розсiянням ХТ великий. Тому в них вiдсутня реактивна (дросельна) котушка, а ХР i RР=0. Векторнi дiаграми для цих випадкiв поданi на рис. 3.3. Рiвняння (2.4) можна виразити в аналiтичнiй формi:

UД =UДЖР = U202 − Iд2 (Xт + Xр )2 − Iд2 (Rт + Rр )2 .

Величини RТ i RР у трансформаторах незначнi i для спрощення подальших розрахункiв ними можна знехтувати. Тодi

З рiвняння (3.5) можна визначити струм навантаження IД:

У режимi короткого замикання, коли UД=0, а зварювальний струм дорiвнює струму короткого замикання, тобто IД=IК, рiвняння (3.5) i (3.6) набудуть такого вигляду:

U20 = Iк (X т + Xр ).

Струм короткого замикання IК залежить вiд величини напруги неробочого ходу U20 та iндуктивних опорiв трансформатора. Способи регулювання напруги i струму навантаження випливають з рiвнянь (3.5), (3.6) i (3.7).

Настроювання режиму за струмом можна здiйснювати шляхом змiни U20, ХT i ХP. Змiнювати U20 можна за рахунок змiни кількості виткiв первинної або вторинної обмоток трансформатора. Але зменшення струму навантаження супроводжується

29

зниженням напруги неробочого ходу, що може негативно вiдобразитися на

збудженнi i стiйкостi зварювальної дуги. При бiльших значеннях струму U20 може бути високою i недопустимою за умовами охорони праці. Крiм цього, регулювання U20 змiною числа виткiв обмоток не можна проводити пiд навантаженням. Плавне регулювання режимiв зварювання проводиться шляхом змiни ХТ i ХР, причому в трансформаторах з нормальним розсiянням – за рахунок змiни ХР у дросельнiй котушцi, а в трансформаторах з пiдвищенним магнiтним розсiянням - за рахунок зміни ХТ. Такими способами регулюють струм при ручному дуговому зварюваннi, а при автоматичному - регуляторами напруги дуги. При автоматичному зварюваннi на автоматах з незалежною швидкiстю подачi електродного дроту розглянутi методи регулювання застосовуються для настроювання напруги. З рiвняння (3.5) видно, що при заданiй величинi струму IД змiна U20, ХТ або ХР викличе змiну напруги UД.

30