Бесплатная техническая библиотека

Электросварка. Регулировка сварочного тока в источнике для полуавтоматической сварки с тиристорным регулятором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Сварочное оборудование

 Комментарии к статье

Регулировка напряжения источниках со ступенчатой регулировкой сварочного напряжения и тока осуществляется переключением отводов сварочного трансформатора с помощью специальных перемычек или переключателей.

Как показывает практика, данный подход обычно не позволяет подобрать оптимальный режим сварки, а также не гарантирует неизменного результата при изменении параметров сварочной цепи, питающей сети или при работе с различными защитными газовыми смесями.

Увеличение количества ступеней переключения позволяет улучшить эксплуатационные свойства источника, но при этом приходится использовать сложные и громоздкие многопозиционные переключатели, сильно усложняются намоточные узлы источника. Это, с одной стороны, увеличивает его стоимость, а с другой - сильно снижает его надежность.

Достаточно давно существуют и применяются различные способы плавной регулировки сварочного напряжения и тока, использующие подвижные обмотки, магнитные шунты или магнитные усилители.

Но подобные способы не имеют принципиальных преимуществ, т. к. подразумевают:

• более сложную и дорогую конструкцию трансформатора;
• наличие специальных регулировочных электромагнитных или механических узлов.

К тому же такие варианты чаще подходят для источников, имеющих падающую внешнюю характеристику, и не совсем годятся, если внешняя характеристика должна быть полого падающей или жесткой. Для подобных источников долгое время не существовало достойной альтернативы источникам с контактными переключателями.

Обеспечение непрерывности сварочного тока

Шанс изменить сложившееся положение вещей и заменить контактные переключатели бесконтактными появился в 1955 году, когда был изготовлен тиристор, первый переключающий полупроводниковый прибор, имеющий мощность, достаточную для использования в сварочных источниках. Использование тиристоров позволило получить плавную регулировку напряжения и тока, а также отказаться от подвижных механических частей, что увеличило надежность сварочных источников.

Рассмотрим источник сварочного тока, имеющий плавную регулировку сварочного напряжения и тока.

Тиристор как ключевой элемент имеет два состояния:

• открытое;
• закрытое.

В закрытом состоянии тиристор не проводит ток, а в открытом - проводит. Так как тиристор способен проводить ток только в одном направлении, то его часто называют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).

В отличие от диода, тиристор, кроме анода и катода, имеет дополнительный управляющий электрод: пропуская через него ток, можно перевести тиристор в открытое состояние. К сожалению, для того чтобы тиристор перешел в закрытое состояние, недостаточно снять управляющий сигнал с управляющего электрода. Для этого необходимо снизить до нуля ток, протекающий через тиристор. Это делает его не полностью управляемым полупроводниковым прибором.

Однако подобное обстоятельство не сильно мешает, если тиристор используется в цепях переменного тока. В этом случае дважды в течение периода происходит обнуление и смена полярности тока. Поэтому тиристор может быть заперт естественным образом в конце каждого полупериода переменного тока.

Так как тиристор не имеет промежуточных состояний проводимости, то регулировка тока или напряжения может осуществляться только изменением времени его открытого состояния t_u (рис. 18,13).

18.13. Принцип регулирования напряжения и тока с помощью тиристора

Подобный способ регулирования имеет как свои плюсы, так и минусы. К плюсам относится то, что тиристор имеет очень высокое сопротивление в закрытом состоянии и очень низкое - в открытом. Поэтому на нем рассеивается незначительная мощность, что позволяет строить высокоэффективные тиристорные регулируемые источники.

К минусам относится то, что следствием работы тиристорного регулятора являются "выкусывание" фрагментов синусоиды и увеличение длительности пауз t_n в выходном напряжении.

Использование двухполупериодного управляемого выпрямителя (рис. 18.14) обеспечивает более эффективное использование трансформатора, устраняет одностороннее подмагничивание сердечника трансформатора, а также сокращает длительность пауз tn между импульсами.

Рис. 18.14. Регулирование напряжения и тока с помощью двухполупериодного управляемого выпрямителя

Однако даже в этом случае, особенно для минимального сварочного тока, паузы в выходном напряжении значительны. Для поддержания горения дуги в течении этих пауз приходится использовать более эффективный дроссель, чем в сварочном источнике с неуправляемым выпрямителем. И здесь мы сталкиваемся с взаимоисключающими требованиями, о которых говорилось ранее.

С одной стороны, чтобы обеспечить непрерывность сварочного тока, нужно увеличивать индуктивность дросселя. С другой стороны, чтобы получить необходимую скорость нарастания тока КЗ, индуктивность дросселя нельзя увеличивать выше некоторого значения, которое гарантированно не обеспечивает первое требование.

В предыдущей главе для удовлетворения этих требований мы использовали дополнительный источник подпиточного тока. В данном случае это решение не подходит, т. к. из-за работы управляемого выпрямителя будет нарушен баланс напряжений. Поэтому от подпиточного источника будет отбираться ток, соизмеримый по величине с основным током. Т. е. при попытке уменьшить ток с помощью управляемого выпрямителя недостающий ток будет поступать в сварочную цепь от подпиточного источника.

Указанную проблему можно решить, используя двухобмоточный дроссель L1, L2 (рис. 18.15). Индуктивности L1 и L2 связаны между собой через коэффициент трансформации дросселя

Рассмотрим подробнее принцип работы этого дросселя. Допустим, один из тиристоров управляемого моста открыт. В этом случае ток дуги I(V3), которая имитируется источником напряжения V3 с внутренним сопротивлением 0,05 Ом, протекает через обмотку дросселя L1, имеющую незначительную индуктивность 0,3 мГн (табл. 18.1).

В момент, когда напряжение V3 превысит мгновенное напряжение источника переменного напряжения VI, открытый ранее тиристор моста закроется, и ток нагрузки I(V3) начнет протекать в контуре D5, L2, L1, V3. Так как магнитосвязанные индуктивности L1 и L2 включены последовательно, то в этом случае ток нагрузки уменьшится в К = К_ТР + 1 раз, а индуктивность вырастет в К² раз.

Вывод. В отличие от тока, который уменьшается линейно, индуктивность растет квадратично.

Это означает, что результирующая индуктивность дросселя сможет в течение более длительного времени поддерживать непрерывным ток нагрузки. Это подтверждается графиком тока нагрузки I(V3) (рис. 18.15). Из этого графика следует, что ток дуги непрерывен и в самом наихудшем случае (когда источник выдает минимальный сварочный ток 60 А) не опускается ниже 10 А.

Индуктивность дросселя L₁ можно выбрать, используя данные табл. 18.1. В нашем случае L₂ = 0,3 мГн. В свою очередь индуктивность L₂ также не может иметь произвольные значения, а определяется коэффициентом трансформации, который обычно выражается только целым числом.

Рис. 18.15. Использование двухобмоточного дросселя для поддержания непрерывного тока в паузах напряжения

Следовательно, для коэффициентов трансформации К_ТР = 1; 2; 3; 4; 5... вторичная обмотка дросселя будет иметь индуктивность = 0,3; 1,2;

Вывод. Чем больше коэффициент трансформации, тем выше индуктивность обмотки L₂ и тем дольше дроссель сможет поддерживать ток в паузе напряжения.

Однако с ростом коэффициента трансформации растут и габаритные размеры дросселя. Поэтому необходимо в симуляторе подобрать минимально возможный коэффициент трансформации, гарантирующий, что при минимальном сварочном токе ток в паузе напряжения не упадет ниже 10 А.

В данном случае это условие удовлетворяется при К_ТР = 5. Из соответствующей временной диаграммы тока нагрузки I(V3) видно, что минимальное значение тока нагрузки не опускается ниже 10 А, а амплитудное достигает 132 А. Т. е. если амплитудное значение тока достигает указанного значения, то в индуктивности Lx накапливается энергия, достаточная для поддержания тока в паузе напряжения.

Если при дальнейшем увеличении тока сердечник дросселя будет насыщаться, то это не ухудшит его работы в паузе, но позволит уменьшить габаритные размеры. Использование насыщающегося дросселя также позволит стабилизировать действующий ток во вторичной (L₂) обмотке дросселя на уровне I_L2 = 13 А.

В противном случае этот ток был бы пропорционален току нагрузки. Максимальный действующий ток первичной (L₁) обмотки дросселя соответствует максимальному сварочному току I_L1 =  I_{св max} = 180 А.

Дроссель наматывается на Ш-образном ленточном сердечнике из стали 3411 (Э310). Первичная обмотка дросселя содержит 18 витков изолированной медной шины сечением 36 мм2. Вторичная обмотка дросселя содержит 90 витков медного провода в эмалевой изоляции диаметром 1,81 мм. В зазоры сердечника дросселя необходимо вставить немагнитные прокладки толщиной 1 мм (суммарный немагнитный зазор 2 мм).

Puc. 18.16. Временные диаграммы тока в обмотках двухобмоточного дросселя

Рис. 18.17. Модель источника, предназначенная для снятия траектории перемагничивания нелинейного дросселя

Воспользовавшись тем, что SwCad может моделировать нелинейные индуктивности, создадим модель источника с нелинейным дросселем (рис. 18.17). Согласно результатам расчета, строка настройки нелинейной индуктивности выглядит следующим образом:

Тестовый узел снятия петли перемагничивания построен на двух источниках тока - G1 и G2, управляемых напряжением, которые используются для измерения и нормирования отображаемых параметров.

Коэффициент передачи управляемого источника тока G1, обеспечивающий выходное напряжение интегратора, равное индукции, можно вычислить по формуле:

Вычисленное значение коэффициента передачи необходимо записать в строке Value меню настройки управляемого источника тока G1.

Коэффициент передачи управляемого источника тока G2, обеспечивающий выходной ток, равный напряженности в сердечнике нелинейного трансформатора, можно вычислить по формуле:

Вычисленное значение коэффициента передачи необходимо записать, в строке Value меню настройки управляемого источника тока G2.

В настройках горизонтальной оси, в строчке Quantity Plotted, вместо параметра time, впишем параметр I(G2). По вертикали выводим напряжение на выходе интегратора, кликнув по правому выводу конденсатора С1 (рис. 18.18).

Рис. 18.18. Траектории перемагничивания сердечника дросселя для минимального (а) и максимального (б) сварочного тока

На рис. 18.18 показаны траектории перемагничивания сердечника нелинейного дросселя. При минимальном сварочном токе (рис. 18.18, а) сердечник дросселя находится на грани насыщения. При увеличении тока сердечник насыщается (рис. 18.18, б).

Автор: Корякин-Черняк С.Л.

Смотрите другие статьи раздела Сварочное оборудование.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Строительство крупнейшего предприятия по прямому удалению углекислого газа из воздуха 12.07.2022 Швейцарская компания Climeworks приступила к строительству крупнейшего в мире предприятия по удалению углекислого газа из воздуха. В сентябре прошлого года Climeworks в Исландии запустила первый завод Orca ("Косатка") мощность 4 тыс. т CO2 в год. Новый завод Mammoth ("Мамонт") сможет ежегодно удалять из атмосферы 36 тыс. т углекислого газа, а работу он начнет через 18-24 месяцев. В компании признают, что для компенсации выбросов CO2 в атмосферу от деятельности человека каждый год необходимо удалять из воздуха миллионы тонн углекислого газа. Потребуются сотни тысяч установок "Косатка" и "Мамонт", чтобы добиться поставленной цели. Ее Climeworks намерена достичь к 2050 году, ожидая долгий и непростой путь к решению проблемы климатической нейтральности. Извлеченный из воздуха углекислый газ смешивается с водой и закачивается в полости в земле - шахты и природные резервуары. Занимается этим подрядчик в лице компании CarbFix. Обычно минерализация (связывание) углекислого газа в естественных условиях длится сотни и даже тысячи лет, но в CarbFix разработали технологию для ускорения процесса, который теперь сможет завершаться в течение двух лет. Установки Orca и Mammoth работают от возобновляемых источников. "Косатка" питается от геотермальных источников, и аналогичное поступление энергии на установки будет реализовано на предприятии "Мамонт". Добавим, в США в мае этого года на создание национальных центров по удалению CO2 из воздуха выделили бюджет $3,5 млрд. Планируется, что к концу текущего десятилетия из атмосферы будут извлекаться сотни тысяч тонн углекислого газа, а к 2050 году - миллионы тонн.

Другие интересные новости:

▪ Марс и его вулканическое прошлое

▪ Осмотр груди с помощью робота

▪ Искусственная мышца

▪ Древнейшая карта звезд

▪ Билингвизм улучшает восприятие информации и внимательность

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Мобильная связь. Подборка статей

▪ статья Классификация растений. История и суть научного открытия

▪ статья Что такое альбинос? Подробный ответ

▪ статья Белый овсяный корень. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Системы дистанционного управления запиранием/отпиранием замков дверей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья О трудностях модернизации телевизоров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026