Источники питания дуговой сварки

Для питания дуговой сварки используют специальные источники постоянного и переменного тока, отвечающие следующим требованиям:

а) иметь напряжение холостого хода в момент зажигания дуги, достаточное для ее возбуждения, но не превышающее пределов, безопасных для жизни сварщика;

б) надежно работать в режимах частых технологических коротких замыканий;

в) иметь внешнюю характеристику, соответствующую ВАХ дуги, и иметь достаточную мощность;

г) снабжаться специальными устройствами для плавного изменения тока;

д) соответствовать требованиям удобства эксплуатации и экономичности.

Специфическим свойством сварочных источников тока является способность выдерживать многочисленные технологические короткие замыкания во вторичной цепи. Они происходят при зажигании дуги касанием электродов, а также во время сварки, когда скорость подачи плавящегося электрода не согласуется со скоростью его плавления.

Наиболее распространенным способом настройки режима сварки является комбинированное регулирование. Оно заключается в том, что весь диапазон регулирования по току разбивают на ряд ступеней (грубое регулирование), а в пределах каждой ступени осуществляют плавное регулирование.

Критерием оценки динамических свойств ИП служит скорость нарастания напряжения на его зажимах при переходе от режима короткого замыкания к режиму холостого хода. Время нарастания напряжения от нуля до значения, достаточного для возбуждения дуги, и время восстановления напряжения не должно превышать 0,03 с.

Тепловой режим ИП оценивается относительными продолжительностью работы (ПР) или продолжительностью включения (ПВ), обусловленными прерывистым рабочим процессом сварки.

, % (9.1)

где: τ_р - время работы под нагрузкой; τ_ц - длительность полного цикла.

Источники питания сварочной дуги переменного тока -это сварочные трансформаторы, которые подразделяют на одно- и трехфазные, а по количеству питаемых сварочных постов - на одно- и многопостовые.

По способу регулирования тока различают источники питания двух типов: трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, выполненные в виде двух раздельных аппаратов (трансформатор и дроссель), и трансформаторы с развитым магнитным рассеянием (с подвижными катушками, с магнитными шунтами, с витковым ступенчатым регулятором).

Трансформаторы с отдельным дроссельным регулятором (рис. 9.3), состоит из сердечника А с двумя обмотками: первичной I и вторичной II. Регулятор тока - дроссель Б состоит из магнитопровода (ярма) и обмотки, расположенной на неподвижной части магнитопровода (якоре). Между ярмом и якорем имеется воздушный зазор δ, изменяя который с помощью регулирующего винта осуществляется плавное регулирование сварочного тока.

К преимуществам таких трансформаторов следует отнести компактность, меньший расход меди и трансформаторной стали; при уменьшении сварочного тока регулятором напряжение холостого хода несколько увеличивается, что повышает устойчивость горения дуги.

Трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием получили наиболее широкое распространение при ручной дуговой сварке, где регулирование сварочного тока осуществляется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками или подвижным магнитным шунтом. Это изменяет сопротивление потока рассеяния и индуктивность трансформатора. Чем больше сопротивление шунтирующей цепи, тем меньше индуктивность рассеяния трансформатора и больше сварочный ток.

Для однопостовой сварки внешняя характеристика ИП должна быть нелинейной с жестким участком , определяющим напряжение холостого хода, и крутопадающим участком, определяющим ток КЗ и стабильность сварочного тока.

Для многопостовой сварки можно использовать любой сварочный трансформатор с жесткой внешней характеристикой. При этом к каждому посту должен быть подсоединен дроссель, обеспечивающий падающую характеристику цепи.

Источники питания постоянного тока подразделяют на две основные группы: сварочные преобразователи и сварочные выпрямители.

Сварочный преобразователь состоит из собственно генератора постоянного тока и первичного двигателя (электродвигателя или ДВС).

Однопостовые сварочные генераторы в зависимости от схемы формирования падающей внешней характеристики подразделяются на три основные группы:

1. Генераторы с расщепленными полюсами и с поперечным полем, у которых падающая внешняя характеристика достигается за счет размагничивания основного поля генератора магнитным полем реакции якоря.

2. Генераторы с независимым возбуждением, падающая внешняя характеристика которых достигается за счет уменьшения основного магнитного потока генератора потоком последовательной обмотки. Питание независимой обмотки возбуждения происходит от генератора-возбудителя или выпрямителя.

3. Генераторы с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками, в которых падающая внешняя характеристика создается за счет размагничивающего действия потоков последовательной обмотки и реакции якоря генератора.

В генераторах с расщепленными полюсами предусмотрен двойной способ регулировки сварочного тока: сдвигом щеток (грубая регулировка) и реостатом в цепи регулируемой обмотки (тонкая регулировка), что позволяет расширить пределы изменения тока без существенного изменения напряжения холостого хода генератора. Сдвиг щеток против направления вращения якоря генератора ослабляет размагничивающее действие потока реакции якоря и увеличивает ток короткого замыкания (сварочный ток). Сдвиг же щеток по направлению вращения якоря уменьшает ток короткого замыкания.

Сварочные генераторы с жесткими и пологопадающими внешними характеристиками используются как многопостовые источники питания либо для питания автоматов или полуавтоматов с постоянной скоростью подачи электродной проволоки.

Сварочные выпрямители основаны на использовании полупроводниковой техники, применение которой позволяет значительно расширить номенклатуру источников питания для дуговой сварки. К их преимуществам следует отнести равномерную загрузку силовой сети переменного тока и лучшее использование трансформатора, питающего выпрямитель. Динамические свойства выпрямителей из-за меньшей электромагнитной инерции лучше, чем генераторов постоянного тока. Ток и напряжение изменяются при переходных процессах практически мгновенно. КПД выпрямителей также несколько выше, чем у сварочных преобразователей с генератором постоянного тока.

По сравнению со сварочными трансформаторами трехфазные выпрямители обеспечивают большую стабильность дуги, особенно на малых токах, вследствие чего напряжение холостого хода их может быть снижено.

Тиристорные выпрямители представляют собой замкнутую систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью по току при падающих внешних характеристиках и положительной обратной связью по выходному напряжению при жестких внешних характеристиках. Возможна и одновременная работа обратной связи по току и напряжению для получения заданной крутизны наклона пологопадающих внешних характеристик.