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:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Умный водородный шкаф 13.07.2021 Эстонская энергетическая компания Alexela и стартап в области чистых технологий PowerUP Energy Technologies представили первый в мире шкаф Smart Hydrogen на заправочной станции Alexela в порту Какумяэ в столице Эстонии Таллинне. Первый в своем роде интеллектуальный водородный шкаф предназначен для небольших приложений, использующих водород, включая парусные лодки, яхты и автофургоны. Умный шкаф полностью автоматизирован и заполнен легкими водородными баллонами, предоставленными PowerUP Energy Technologies. Он будет управляться приложением системы мобильных платежей под названием Paytailor, которое практически не требует контакта с людьми, что упростит мобильные платежи для его клиентов. В дополнение к этому, приложение предоставляет своим клиентам возможность беспрепятственно управлять умным шкафом. Клиенты могут открыть умный шкаф, выбрать количество резервуаров для водорода, которые они хотят арендовать, и произвести оплату - и все это через приложение. Этот шкаф, работающий от солнечных батарей, является отличным способом для моряков, владельцев автофургонов или любых других небольших приложений, использующих водород, легко сдавать в аренду водородные баллоны с помощью приложения. "Водород играет многообещающую роль в достижении целей декарбонизации во всем мире", - сказал Ивар Круузенберг, основатель и генеральный директор PowerUP Energy Technologies во время запуска. "Поскольку присутствие водорода в Эстонии довольно ограничено из-за отсутствия крупномасштабного производства водорода в стране, а также из-за очень небольшого количества топливных элементов, реализованных в реальных приложениях, этот интеллектуальный водородный шкаф станет первым шагом на пути перехода Эстонии к наиболее востребованной энергетике. Благодаря этому сотрудничеству мы подтверждаем нашу приверженность обеспечению чистых и безопасных энергетических решений для всех". Запуск пилотного водородного интеллектуального шкафа в Эстонии - это простое и экономичное решение для распределения водорода, и, исходя из отзывов клиентов в Эстонии, его планируется дублировать и в других европейских странах.

Другие интересные новости:

▪ Междугородний перелет на автомобиле

▪ Разработана камера с разрешением 1 ГП

▪ Yongnuo YN455 - беззеркальная камера на Android

▪ Вода из воздуха

▪ Беспроводная колонка Beosound Balance

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тембра, громкости. Подборка статей

▪ статья Книжники и фарисеи. Крылатое выражение

▪ статья Как возникли основные религии? Подробный ответ

▪ статья Ветер в упряжке. Личный транспорт

▪ статья Гетеродинный индикатор резонанса на 1,8...150 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Наружное освещение. Выполнение и защита сетей наружного освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026