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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Луна предотвратит мировой энергетический кризис 29.06.2002 Исследовательская группа под руководством Д. Крисвелла из Хьюстона (США) предложила систему LSP (Lunar Solar Power), которая позволит собирать энергию с солнечных батарей, расположенных на поверхности Луны, а после этого передавать ее на Землю в виде направленного пучка энергии. По подсчетам Крисвелла, в 2050 г. на Земле будет проживать 10 млрд. жителей. Для обеспечения их энергией ее потребуется не менее 20 ТВт. Луна же получает от Солнца 13000 ТВт. Передача всего 1% этой энергии на Землю позволит полностью отказаться от электростанций, которые загрязняют окружающую среду на нашей планете. Предполагается, что система LSP будет состоять из 20-40 лунных энергетических станций, расположенных на восточном и западном лимбах Луны. Каждая из них будет включать группы солнечных батарей, собирающих энергию и передающих ее по кабелям на микроволновые генераторы, которые будут излучать энергию на Землю. Принимать ее будут специальные наземные антенные комплексы. Каждый такой комплекс будет обеспечивать преобразование микроволновой энергии в электрический ток и передачу его в распределительные сети. По мнению Крисвелла, LSP - это единственный шанс обеспечить энергией нашу планету в XXI в.

Другие интересные новости:

▪ Часы на кремнии, но не электронные

▪ Технология письма в жидкости

▪ Африка кормит Бразилию

▪ Водородный поезд от CRRC и Chengdu Rail Transit

▪ Телевизионный брелок Realme Smart TV Stick FHD

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Театр начинается с вешалки. Крылатое выражение

▪ статья Когда было изготовлено первое гончарное изделие? Подробный ответ

▪ статья Эксплуатация станции автоматической системы водяного пожаротушения. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Плеер с питанием от велогенератора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автоматическое зарядное устройство для Ni-Cd-аккумуляторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025