Какой тип источников питания предназначен для сварки на постоянном токе

Источники питания сварочной дуги

Для дуговой сварке применяют как постоянный, так и переменный ток. Источниками постоянного тока являются сварочные генераторы (сварочные преобразователи и агрегаты), и сварочные выпрямители (селеновые и кремниевые). Источником переменного тока – сварочные трансформаторы, их применяют значительно чаще. Они более просты в изготовлении в эксплуатации, имеют небольшую массу и стоимость, а также обладают более высоким КПД и более долговечны. Однако при питании переменным током дуга горит неустойчиво, так как 100 раз в секунду напряжение и ток дуги проходят через нулевое значение, что приводит к временной деионизации дугового промежутка.

Постоянный ток предпочтителен в технологическом отношении, при его применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку прямой и обратной полярности.

К источникам сварочного тока предъявляются следующие требования: они должны обеспечить легкое зажигание и устойчивое горение дуги, ограничивать величину тока короткого замыкания, должны быть безопасными в работе и обладать хорошими динамическими свойствами. Динамические свойства определяются временем восстановления напряжения от момента короткого замыкания, когда оно почти равно нулю, до значения 18−20В, когда происходит зажигание дуги. Это время не должно превышать 0,05 с, чем быстрее восстанавливается напряжение, тем динамичнее свойства источника питания.

Рис. 3. Внешние характеристики источников питания и сварочной дуги

Режим горения сварочной дуги определяется точкой пересечения характеристик дуги 1 и источника тока 2 (рис 3, б). Точка А называется точкой холостого хода – источник тока включен, развивая максимальное напряжение (60−80В), а сварочная цепь разомкнута. Точка В – точка неустойчивого горения дуги. При изменении соответствующей ей тока дуга либо гаснет, либо ток дуги возрастает до режима устойчивого горения. Точка С является точкой устойчивого горения дуги (U_р = 15−30В). Точка D соответствует режиму короткого замыкания, который имеет место при зажигании дуги и ее замыкании характеризуется малым напряжением, стремящимся к нулю, и повышенным, но ограниченным током (I_кз ≤ 1,5I_р), чтобы не допустить перегрева токопроводящих проводов и источников тока.

Сварочный трансформатор (рис. 4) снижает высокое напряжение сети (220 или 380В) до напряжения холостого хода (60−80В). Кроме того, трансформатор создает на дуге падающую внешнюю характеристику. Для этого последовательно с дугой и вторичной 2 обмоткой трансформатора включают реактивную (дроссельную) катушку 3. Во время прохождения сварочного тока в витках дроссельной обмотки 3 индуктируется ЭДС самоиндукции противоположно направленная основной ЭДС трансформатора. Поэтому напряжение, подведенное к дуге, снижается от значения холостого хода до 18−30В во время горения дуги и почти до нуля при коротком замыкании. Ток в трансформаторе регулируется изменением величины самоиндукции дросселя при увеличении или уменьшении воздушного зазора S между подвижной 1 (надо рисовать) и неподвижной 2 частями его сердечника. С увеличением зазора S самоиндукция дросселя, которая зависит от магнитного потока сердечника, уменьшается, а напряжение на дуге и, следовательно, сварочный ток увеличивается. При уменьшении зазора – на оборот. Благодаря наличию индуктивного сопротивления достигается падающая внешняя характеристика источника сварочного тока.

Рис. 4. Схема сварочного трансформатора

Сварочные преобразователи. Для сварки источниками постоянного тока служат сварочные преобразователи и сварочные агрегаты. Сварочный преобразователь состоит из генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, сварочный агрегат – из генератора и двигателя внутреннего сгорания (д.в.с.). Сварочные агрегаты применяются для работы в полевых условиях и в тех случаях, когда в питающей электрической сети сильно колеблется напряжение. Генератор и д.в.с. (бензиновый или дизельный) монтируются на общей раме без колес, на катках, колесах, в кузове автомашины и на базе трактора.

Рис. 5. Схема сварочного генератора

Рассмотрим схему генераторов с намагничивающей параллельной и разма-гничивающей последовательной обмотками возбуждения (рис. 5). Отличительной особенностью генераторов такой схемы является использование принципа само-возбуждения. Поэтому их полюса изготовляются из феромагнитной стали, имеющий остаточный магнетизм.

Как видно из схемы (рис. 5 ) генератор имеет на основных полюсах две обмотки: обмотку возбуждения Н и последовательно включенную размагничивающую обмотку С. Обмотка Н подключена к дополнительной с и основной а щеткам генератора, напряжение между которыми постоянно по величине и не меняется с изменением нагрузки. Магнитный поток Ф_н этой обмотки постоянен по величине, поэтому обмотку Н называют обмоткой независимого возбуждения.

При холостом ходе э.д.с. генератора индуктируется только магнитным потоком Ф_н. При зажигании дуги сварочный ток проходит через последовательную обмотку С, которая подключена к основным щеткам а и б так, что магнитный поток Ф_с направлен против магнитного потока Ф_н. Этим обуславливается размагничивающее действие последовательной обмотки. ЭДС, индуктируемая в якоре генератора, тем меньше, чем больше магнитный поток Ф_с, величина которого зависит от тока сварочной цепи. Чем меньше ток в сварочной цепи, тем меньше Ф_с и тем выше напряжение генератора. При коротком замыкании, т.е. при максимальном токе в сварочной цепи, магнитный поток Ф_с последовательной обмотки почти равен магнитному потоку Ф_н обмотки независимого возбуждения, и напряжение на зажимах генератора близко к нулю. Взаимодействием магнитных потоков двух обмоток обеспечивается падающая внешняя характеристика сварочного генератора..

Сварочные выпрямители. Сварочные выпрямители – это устройства, преобразующие с помощью полупроводниковых элементов (вентилей) переменный ток в постоянный и предназначенные для питания сварочной дуги. Их действие основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении.

Принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя представлена на рис. 6. Сварочный выпрямитель состоит из двух основных частей: понижающего трехфазного трансформатора I с регулирующим устройством и выпрямительного блока ВС, состоящего из селеновых (или кремниевых) вентилей. Конструкцию сварочного выпрямителя несколько усложняет входящий в него вентилятор ДВ для охлаждения выпрямительного блока. Включение выпрямителя в работу производится пакетным выключателем ПВ. Вентилятор сблокирован с выпрямителем воздушным реле РКВ. При нормальной работе вентилятора срабатывают реле контроля вентиляции РКВ, включаемое потоком воздуха от вентилятора, и магнитный пускатель ПМ, соединяющий обмотки сварочного трансформатора с сетью. Если вентилятор поврежден, то выпрямитель не включается, если повреждение произойдет во время работы, то выпрямитель выключится.

Рис. 6. Схема трехфазного выпрямителя

Сварочные выпрямители перед преобразователи имеют следующие преимущества: более высокий КПД и меньше потери на холостом ходу, лучшие динамические свойства, меньшую массу, большую надежность и простоту обслуживания при эксплуатации, бесшумность при работе, большую экономичность при изготовлении. Основной недостаток сварочных выпрямителей – их большая чувствительность к колебаниям напряжения сети, чем у сварочных преобразователей. Подобно сварочным генераторам они могут быть однопостовыми и многопостовыми и иметь падающую, пологую или жесткую внешнюю характеристики. Для создания падающей характеристики используются сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием или для этой цели служит дроссель. Для ручной сварки применяют выпрямители с падающей внешней характеристикой.

Источники питания для сварки

Основная задача источников питания сварочной дуги — это получение электрического тока, по своим характеристикам подходящего для выполнения сварочных работ, путём преобразования тока промышленной частоты.

Использовать на прямую из сети напряжение у нас не получится, в связи с тем, что ток у нас в сети переменный и маленький по величине, а напряжение большое. За частую необходим постоянный ток с возможностью выбора полярности. Для таких целей и необходим источник питания сварочной дуги.

Основные требования

На сегодняшний день все источники питания должны соответствовать следующим основным требованиям:

• иметь в наличии плавную регулировку режимов сварки во всём диапазоне;
• иметь в наличии приборы для контроля режимов сварки;
• обеспечивать стабильное горение дуги;
• иметь высокие динамические характеристики;
• соответствовать основным требованиям по электробезопасности.

Наличие плавной регулировки и приборов контроля, обеспечивает точную настройку необходимых режимов сварки.

Динамические свойства сварочного аппарата определяются временем восстановления напряжения холостого хода после короткого замыкания в процессе сварки. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше его динамические характеристики. Восстановление не должно превышать 0,05с.

Для повышения стабильности горения дуги дополнительно могут применяться осцилляторы. Они преобразующие низкое напряжение промышленной частоты в импульсы высокого напряжения и высокой частоты. Наложение этих импульсов на дуговой промежуток повышает устойчивость горения дуги.

Классификация источников питания сварочной дуги

Источники питания сварочной дуги имеют множество классификаций, а именно:

• по напряжению питающей сети:

1. однофазные (220В);
2. трёхфазные (380В).

• по внешней статической характеристики:

1. падающие;
2. жёсткие;
3. штыковые.

• по числу питаемых постов:

1. однопостовые;
2. многопостовые.

• по роду тока:

1. переменный;
2. постоянный.

Виды источников питания

К источнику питания с переменным тока относят сварочный трансформатор.

К источникам питания с постоянным током относят преобразователи, выпрямители, сварочные агрегаты и инверторы.

Трансформатор

На сегодняшний день это самый простой источник питания сварочной дуги который выдаёт на выходе только переменный ток.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется за счёт изменения зазора в катушке дросселя или между обмотками. Ступенчатое — за счёт переключения числа витков первичной и вторичной обмотки.

Трансформаторы очень просты, что даёт возможность изготовить его самостоятельно. В настоящее время трансформаторы не актуально.Это связано с тем, что постоянный ток не даёт стабильного горения дуги, а применение его при сварке нержавеющих сталей невозможно.

Выпрямитель

Преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный, необходимый для сварки.

Выпрямители бывают однофазные и трехфазные, стационарные или мобильные. Иметь возможность изменять вольт-амперную характеристику на жёсткую или падающую, а также полярность при сварке.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется блоком управления, а ступенчатое за счёт переключения обмоток.

Массовое применение их на производстве говорит о их универсальности и производительности. Высокое КПД и возможность применения при сварки различных металлов делает их одними из популярнейших источников питания.

Преобразователь

Работа преобразователя заключается в преобразовании переменного ток сети в механическую энергию электрического двигателя. В результате вращения вала генератора механическая энергия преобразовывается в электрическую энергию постоянного тока.

Большим плюсом является нечувствительность к перепадам напряжения, поэтому на выходе получается постоянный ток имеющий стабильными ВАХ.

Из-за большой массы, практически всегда их делают стационарными. Минусом является низкое КПД и большой износ движущихся деталей.

На данный момент преобразователи утратили свою актуальность.

Инвертор

Принцип действия этих устройств заключается в преобразовании переменного тока сети в постоянный. Далее постоянный ток опять преобразуется в переменный, но только высокой частоты. После этого переменный ток подаётся на высокочастотный сварочный трансформатор который понижает напряжение и преобразует переменный ток в постоянный.

Инверторы на сегодняшний день одни из самых популярных источников питания сварочной дуги. Это обусловлено рядом преимуществ:

• постоянный ток с плавным регулированием;
• доступная цена;
• стабильное горение сварочной дуги и её лёгкое зажигание;
• малые габаритные размеры;
• малое энергопотребление
• малый вес.

Всё это делает инверторные источники питания незаменимыми в быту, а также на больших предприятиях.

Источники питания сварочной дуги постоянного тока

Основная задача источников питания сварочной дуги – это получение электрического тока, по своим характеристикам подходящего для выполнения сварочных работ, путём преобразования тока промышленной частоты.

Использовать на прямую из сети напряжение у нас не получится, в связи с тем, что ток у нас в сети переменный и маленький по величине, а напряжение большое. За частую необходим постоянный ток с возможностью выбора полярности. Для таких целей и необходим источник питания сварочной дуги.

Основные требования

На сегодняшний день все источники питания должны соответствовать следующим основным требованиям:

• иметь в наличии плавную регулировку режимов сварки во всём диапазоне;
• иметь в наличии приборы для контроля режимов сварки;
• обеспечивать стабильное горение дуги;
• иметь высокие динамические характеристики;
• соответствовать основным требованиям по электробезопасности.

Наличие плавной регулировки и приборов контроля, обеспечивает точную настройку необходимых режимов сварки.

Динамические свойства сварочного аппарата определяются временем восстановления напряжения холостого хода после короткого замыкания в процессе сварки. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше его динамические характеристики. Восстановление не должно превышать 0,05с.

Для повышения стабильности горения дуги дополнительно могут применяться осцилляторы. Они преобразующие низкое напряжение промышленной частоты в импульсы высокого напряжения и высокой частоты. Наложение этих импульсов на дуговой промежуток повышает устойчивость горения дуги.

svarnoy.info

Устойчивость горения дуги зависит от соответствия форм внешней характеристики источника заданной форме статической характеристики дуги. Внешняя характеристика источника питания, как и характеристика дуги, может быть падающей, жесткой или возрастающей.

Для ручной дуговой сварки, когда статическая характеристика дуги жесткая, внешняя характеристика источника питания должна быть крутопадающей. Чем больше крутизна падения внешней характеристики источника, тем меньше колебания тока при изменении длины дуги.

При таких характеристиках напряжение холостого хода источника питания всегда больше напряжения дуги, что облегчает первоначальное и повторные зажигания дуги, особенно при сварке на переменном токе. Кроме того, при крутопадающей внешней характеристике ограничивается ток короткого замыкания, который находится в пределах 1,25 — 2 рабочего тока.

Источники питания сварочной дуги должны обеспечить возможность настройки различных режимов сварки, т. е. устанавливать оптимальную силу тока при заданном напряжении дуги. Для этого источник питания должен иметь регулирующее устройство, позволяющее в определенном диапазоне регулирования получать несколько внешних характеристик, которые обеспечивают устойчивое горение дуги при заданных напряжении и токе.

Наиболее распространенный способ настройки режима сварки — комбинированное регулирование, заключающееся в том, что весь диапазон регулирования по току разбит на ряд ступеней (грубое регулирование), а в пределах каждой ступени возможно плавное регулирование.

При изменении ступеней напряжение холостого хода источника питания может оставаться постоянным или изменяться в зависимости от значения устанавливаемого сварочного тока. При этом необходимо учитывать, что при переходе на малые силы тока нежелательно снижать напряжение холостого хода источника питания.

Каждый источник питания рассчитывают на определенную нагрузку, при которой он работает, не перегреваясь выше допустимых норм. Ток и напряжение источника при которых он работает в данном режиме не перегреваясь, называются номинальными.

Номинальное значение сварочного тока различно при разных режимах работы источника питания (перемежающийся или повторно-кратковременный режимы). Режим работы характеризуется отношением длительности сварки к сумме длительности сварки и длительности холостого хода и выражается в процентах. Перемежающийся режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки за время цикла (ПН), а повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения (ПВ). В последнем случае источник питания во время пауз в работе отключается от сети:

Изменение нагрузки во времени при перемежающемся (а) и повторно-кратковременном (б) режимах работы источника питания

или
ПН%
= tсв 100 / (tсв + tп),

где tсв — время сварки; tп — время пауз;

tц = tсв + tп — время цикла. Понятно, что чем больше ПН, тем тяжелее режим работы и тем меньше должно быть номинальное значение сварочного тока.

За номинальный режим работы однопостовых сварочных генераторов, трансформаторов и выпрямителей принят режим при ПН = 20,35 или 60% и многопос­товых источников питания — при ПН = 100%.

Помимо указанных основных требований общих для всех источников питания, к сварочным генераторам постоянного тока предъявляют специальные требования в отношении динамических свойств, под которыми понимают способность источника питания быстро восстанавливать в цепи дуги соответствие напряжения изменившемуся току (при разрыве дуги напряжение должно быстро восстанавливаться до величины напряжения холостого хода, а при коротком замыкании электродов быстро спадать до нуля).

Время восстановления напряжения от нуля до напряжения горения дуги у сварочных генераторов не должно превышать 0,03 с .

Источники питания сварочной дуги, выпускаемые промышлен­ностью СССР, классифицируют по следующим признакам:

роду тока — источники переменного (сварочные трансформаторы) и постоян­ного тока (преобразователи, агрегаты и выпрямители);

внешней характеристике — источники с круто падающими, жесткими, возрастающими и смешанными вольтамперны­ми характеристиками;

числу одновременно питаемых постов — источники однопостовые и много­постовые;

характеру привода — источники с электрическим приводом и независимым приводом (от двигателя внутреннего сгорания);

особенности горения дуги — источники для сварки свободно горящей дугой и сжатой;

способу установки и монтажа — стационарные и передвижные;

принципу действия и конструктивному оформлению — сварочные трансформаторы с нормальным магнитным рассея­нием (с отдельной реактивной обмоткой и на общем магнитопроводе), увеличенным магнитным рассеянием (с подвижным магнитным шунтом и подвижными обмотками; сварочные выпрямители с кремниевыми или селеновыми вентилями; преобразователи с независимой намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками, расщепленными полюсами; агрегаты-генераторы с двигателями внутреннего сгорания (бензиновые карбюраторного типа и дизели);

назначению — источники питания для ручной дуговой сварки, автоматизированной и механизированной сварки под флюсом, сварки в защитных газах, плазменной резки и сварки, электрошлаковой сварки и источники питания током специального назначения (для трехфазной сварки, многодуговой).

Согласно единой структуре обозначения электросварочного оборудования обозначение оборудования состоит из буквенной и цифровой частей.

Первая буква — тип изделия (В — выпрямитель, Т — трансформатор, Г — генератор, У—установка),

вторая буква— вид сварки (Д — дуговая, П — плазменная),

третья — способ сварки (Г — в защитных газах, Ф — под флюсом, У — универсальные источники), от­сутствие третьей буквы обозначает ручную дуговую сварку электродами,

четвертая буква — назначение источника (М — для многопостовой сварки, И — импульсной сварки).

Две или одна цифра после букв — номинальный сварочный ток в сотнях ампер, две последующие цифры — регистрационный номер изделия, следующие буквы — климатическое исполнение (Т — для эксплуатации в районах с тропическим климатом, У — в районах с умеренным климатом, ХЛ — с холодным климатом), следующая циф­ра — категория размещения (1 — на открытой площадке, 2 — прицепы, кузова автомобилей, 3 — помещения с естественной вентиляцией, 4 — с отоплением и принудительной вентиляцией; 5 — с повышенной влажностью).

Например, расшифровывая источники питания ВДГМ-1601Т2, получим: выпрямитель для дуговой сварки в защитных газах, многопостовой сварочный ток 1600А, регистрационный номер изделия 01, для работы в районах с тропическим климатом, категория размещения 2.

Классификация источников питания сварочной дуги

Источники питания сварочной дуги имеют множество классификаций, а именно:

• по напряжению питающей сети:

1. однофазные (220В);
2. трёхфазные (380В).

• по внешней статической характеристики:

1. падающие;
2. жёсткие;
3. штыковые.

• по числу питаемых постов:

1. однопостовые;
2. многопостовые.

• по роду тока:

1. переменный;
2. постоянный.

Принципы классификация

Источники питания сварочной дуги классифицируются по многим градациям. В их числе:

• по предназначению — для ручной сварки, сварки под флюсом или в среде защитного газа (например, аргонодуговой);
• по числу сварочных постов, которые можно подключить единовременно;
• по способности передвигаться — мобильные и стационарные;
• по способу производства энергии — преобразователи или производители;
• по роду выходного тока;
• по ВАХ (вольт-амперная характеритика).

Основными параметрами сварочного аппарата для сварщика являются назначение данного конкретного агрегата и сварочный ток, который он выдает. Во многих случаях ключевым требованиям является подбор нужной вольт-амперной характеристики (ВАХ).

Так, например, для сварки в среде защитных газов требуются устройства с жесткой характеристикой, варящие постоянным током. Для ручной и полуавтоматической сварки под флюсом применяются аппараты переменного и постоянного тока с падающей характеристикой.

Некоторые современные источники питания сварочной дуги универсальны: имеют много режимов работы, в том числе позволяют менять род сварочного тока и изменять его ВАХ.

Трансформатор

На сегодняшний день это самый простой источник питания сварочной дуги который выдаёт на выходе только переменный ток.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется за счёт изменения зазора в катушке дросселя или между обмотками. Ступенчатое – за счёт переключения числа витков первичной и вторичной обмотки.

Трансформаторы очень просты, что даёт возможность изготовить его самостоятельно. В настоящее время трансформаторы не актуально.Это связано с тем, что постоянный ток не даёт стабильного горения дуги, а применение его при сварке нержавеющих сталей невозможно.

Выбор источника питания для дуговой сварки

Разумеется, помимо силовых характеристик сварочное оборудование выбирают по мобильности, габариту, весу. Говоря о достоинствах и недостатках источников питания, стоит начать с самого первого вида сварочников.

Трансформатор

Оборудование с вторичной обмоткой преобразует напряжение, за счет индуктивных полей с 80 вольт можно опустить напряжение до 20-ти. Это самый простой и громоздкий тип сварочного аппарата. Зато очень надежный, мало зависит от условий внешней среды, не боится влажности, запыленности. Трансформатор можно соорудить самостоятельно, нужный вольтаж получают за счет определенного числа витков вторичной обмотки. Коэффициент полезного действия оборудования довольно высокий, стоимость небольшая. Когда объем работы небольшой, сварщики с опытом работы предпочитают для гаража, дома приобретать трансформаторы.

Выпрямитель

Уже из названия ясно, что речь пойдет об источнике постоянного тока. Для преобразования используются полупроводники, они пропускают электричество только в верхнем диапазоне синусоиды. Благодаря использованию полупроводников, наличию электросхемы, возможности у выпрямителей шире, чем у трансформаторов. При смене полярности можно регулировать температуру на контактах: при прямой полярности сильнее греется электрод, при обратной – металл. КПД у выпрямителей выше, чем у трансформаторов, малые потери на холостом ходу.

Большой минус – сварочные аппараты очень греются, им периодически требуется передышка, чтобы прийти в норму или дополнительная система охлаждения.

Генератор

Электричество вырабатывается вращением вала в постоянном магнитном поле. Работают устройства на бензине, дизтопливе, есть стационарные установки на угле, брикетированном топливе. Главные достоинства:

• электричество со стабильными характеристиками;
• большой ампераж, до 1000 А.

Минусы – изрядные габариты, низкий КПД, плюс выхлопные газы, шум, вибрация.

Выпрямитель

Преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный, необходимый для сварки.

Выпрямители бывают однофазные и трехфазные, стационарные или мобильные. Иметь возможность изменять вольт-амперную характеристику на жёсткую или падающую, а также полярность при сварке.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется блоком управления, а ступенчатое за счёт переключения обмоток.

Массовое применение их на производстве говорит о их универсальности и производительности. Высокое КПД и возможность применения при сварки различных металлов делает их одними из популярнейших источников питания.

Преобразователь

Работа преобразователя заключается в преобразовании переменного ток сети в механическую энергию электрического двигателя. В результате вращения вала генератора механическая энергия преобразовывается в электрическую энергию постоянного тока.

Большим плюсом является нечувствительность к перепадам напряжения, поэтому на выходе получается постоянный ток имеющий стабильными ВАХ.

Из-за большой массы, практически всегда их делают стационарными. Минусом является низкое КПД и большой износ движущихся деталей.

На данный момент преобразователи утратили свою актуальность.

Инвертор

Принцип действия этих устройств заключается в преобразовании переменного тока сети в постоянный. Далее постоянный ток опять преобразуется в переменный, но только высокой частоты. После этого переменный ток подаётся на высокочастотный сварочный трансформатор который понижает напряжение и преобразует переменный ток в постоянный.

Инверторы на сегодняшний день одни из самых популярных источников питания сварочной дуги. Это обусловлено рядом преимуществ:

• постоянный ток с плавным регулированием;
• доступная цена;
• стабильное горение сварочной дуги и её лёгкое зажигание;
• малые габаритные размеры;
• малое энергопотребление
• малый вес.

Всё это делает инверторные источники питания незаменимыми в быту, а также на больших предприятиях.

Источники питания переменного и постоянного тока

Использовать на прямую из сети напряжение у нас не получится, в связи с тем, что ток у нас в сети переменный и маленький по величине, а напряжение большое. За частую необходим постоянный ток с возможностью выбора полярности. Для таких целей и необходим источник питания сварочной дуги.

Источники и признаки постоянного тока

Движение зарядов в электрической цепи обеспечивают источники тока. Для постоянного тока источниками могут быть:

• батарейки или аккумуляторы;
• генераторы постоянного тока;
• преобразователи и выпрямители импульсов переменного тока.

Основные химические источники электроэнергии

Гальванические элементы вырабатывают постоянный ток в результате электрохимической реакции.

Машины постоянного тока производят его с помощью электромагнитной индукции и выпрямляют в обмотках коллектора.

Схемы преобразователей и полупроводниковые выпрямители на транзисторах или высоковольтных диодах так же могут выдавать ток, характеристики которого не меняются во времени. Преобразователи могут регулировать частоту и напряжение, оставляя неизменным ток.

По каким признакам определяют наличие тока, если нет измерительных приборов? Это можно выяснить по его воздействию на проводник. Такие действия можно разделить на три вида:

• магнитные;
• химические;
• тепловые.

Если через проводник, из которого выполнена обмотка катушки, пропустить электроток, то катушка станет притягивать металлические элементы. На этом принципе работают большие электромагниты, задействованные при погрузке металла в морских портах.

Химическое действие, по которому можно судить о наличии тока, – это процесс электролиза. При нём на электродах, подключенных к источнику, начинает оседать вещество. Эти процессы используются в гальваностегии или гальванопластики.

При подключении к двухполюснику проводника с высоким сопротивлением электрическому току он начинает нагреваться и отдавать тепло. Например, чтобы электроны двигались через нихромовую спираль, совершается работа с выделением тепла. Это свойство проводника используется при изготовлении нагревательных приборов.

Важно! Источник тока отличается от источника напряжения тем, что первый отдаёт одинаковый ток, независимо от сопротивления нагрузки, второй –снабжает потребителя напряжением, которое не изменяется при любой нагрузке. Квартирная розетка 220 В – источник напряжения, сварочный аппарат – токовый ресурс.

Машины и оборудование для арматурных работ

Источники питания переменного тока для дуговой сварки

Источники питания постоянного тока для дуговой сварки

Источники питания переменного тока для дуговой сварки

При дуговой сварке применяют переменный и постоянный ток и в соответствии с этим разнообразные источники питания: для переменного тока — сварочные трансформаторы, для постоянного тока — сварочные агрегаты, преобразователи и выпрямители.

Наиболее распространенным источником питания при ручной дуговой варке являются сварочные трансформаторы.

Падающая внешняя характеристика сварочных трансформаторов достигается включением в сварочную цепь реактора (регулятора), обладающего достаточным индуктивным сопротивлением. Реакторы выполняются в виде отдельных агрегатов или в комбинации с трансформатором, имеющем общий сердечник (рис. 18.40). Первичные обмотки трансформаторов изготавливают из голой меди на стандартное напряжение 220 и 3S0 В или с переключателями витков на 220/380 В.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис 18. 40. Соединения трансформатора и регулятора: 1 — сеть; 2 — трансформатор; 3 — емкостный фильтр; 4 — регулятор; 5 — электрододержатель; 6,7 — свариваемые изделия

Промышленностью выпускаются несколько типов сварочных трансформаторов.

Сварочные трансформаторы типа ТСП. Переносные однопостовые трансформаторы, выпускаемые в двух исполнениях, предназначены для питания дуги при ручной дуговой сварке.

Трансформатор ТСП-1 имеет повышенную индуктивность рассеяния, необходимую для получения падающей внешней характеристики. Первичная и вторичная обмотки расположены надвухстержневом магнитопроводе, причем первичная обмотка имеется только на одном стержне. Особенностью трансформатора является то, что он не имеет подвижных частей в магнитопроводе. Регулировка сварочного тока производится переключением витков вторичной обмотки. Охлаждение трансформатора — естественное, воздушное.

Трансформатор ТСП-2 выполнен с подвижными катушками, поэтому регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Оба трансформатора имеют однокорпусную конструкцию.

Сварочные трансформаторы типа ТС имеют большую мощность, но также являются однопо-стовыми. Сердечники трансформаторов стержневого типа. Катушки первичной обмотки неподвижны, а вторичной обмотки могут перемешаться с помощью ходового винта. Рукоятка этого винта выведена на крышку кожуха. Там же расположена шкала силы тока.

Сварочные трансформаторы типа СТЭ. Одно-постовые трансформаторы этого типа являются наиболее распространенными. Благодаря последовательно включенным регуляторам (реакторам) трансформаторы имеют падающие характеристики. Они имеют двухкорпусное исполнение и состоят из собственного однофазного понизительного трансформатора и регулятора, служащего для плавного регулирования силы сварочного тока и создания падающей характеристики. Регулятор, имеющий небольшую относительную массу, может легко перемещаться сварщиком, что обеспечивает удобство эксплуатации. Регулятор имеет одну обмотку из голой меди прямоугольного сечения.

Он снабжен механическим токоуказателем, шкала которого проградуирована в амперах, обеспечивающим погрешность показаний в пределах ±10%. Конструкция кожухов обеспечивает защиту от осадков, поэтому трансформаторы могут работать и на открытом воздухе.

Сварочный трансформатор ТД-500. Однопос-товой сварочный трансформатор предназначен для питания электрической дуги при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов переменным током частотой 50 Гц.

У него два диапазона регулирования тока. Для диапазона малых токов (85—240 А) напряжение холостого хода увеличено до 76 В, что обеспечивает хорошее зажигание и стабильное горение дуги при сварке электродами диаметром 3—5 мм. Обмотки трансформатора выполнены с теплостойкой и влагостойкой изоляцией. Трансформатор-регулятор собирается на общем магнито-проводе.

Подъем (увеличение сварочного тока) и опускание пакета (уменьшение сварочного тока) осуществляются электродвигателем мощностью 0,25 кВт через систему передач, которая включается двумя магнитными пускателями, управляемыми двумя пусковыми импульсными кнопками. Точная регулировка силы тока должна производиться по амперметру пульта управления автомата.

Сварочные трансформаторы ТДФ-1001 и ТДФ-1601 являются более мощными однопостовыми трансформаторами, предназначены для питания дуги однофазным переменным током частотой 50 Гц при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом. Регулирование тока осуществляется подмагничиванием магнитного шунта. Схема управления обеспечивает стабилизацию сварочного режима.

Трансформаторы выполняются в однокорпус-ном исполнении.

Рекламные предложения:

Читать далее: Источники питания постоянного тока для дуговой сварки

атегория: — Машины и оборудование для арматурных работ

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Источники электрического тока, изобретение электромашины

Источники питания 24 и 12 Вольт

Выработка электричества с помощью генераторов – основное направление в производстве электроэнергии. Механические источники поделились на два вида генераторов:

• машины, вырабатывающие постоянный ток;
• генераторы, производящие переменный ток.

Источники переменного тока и постоянного – это генераторы, которые превращают механическую энергию вращения в электрическую. Заявление Эмиля Ленца, русского учёного, в 1833 году послужило толчком для работ над созданием генераторов. Ленц объявил о возможной взаимности магнитоэлектрических явлений. Это означало, что двигатели постоянного и переменного тока могли не только вращаться при подаче напряжения соответствующей природы, но и при вращении начинать вырабатывать это напряжение.

Инвертор

Принцип действия этих устройств заключается в преобразовании переменного тока сети в постоянный. Далее постоянный ток опять преобразуется в переменный, но только высокой частоты. После этого переменный ток подаётся на высокочастотный сварочный трансформатор который понижает напряжение и преобразует переменный ток в постоянный.

Инверторы на сегодняшний день одни из самых популярных источников питания сварочной дуги. Это обусловлено рядом преимуществ:

• постоянный ток с плавным регулированием;
• доступная цена;
• стабильное горение сварочной дуги и её лёгкое зажигание;
• малые габаритные размеры;
• малое энергопотребление
• малый вес.

Всё это делает инверторные источники питания незаменимыми в быту, а также на больших предприятиях.

Принцип действия

Подключаем трансформатор тока

Переменный – это ток, у которого величина и направление меняются во временном диапазоне. Основным принципом действия генераторов переменного тока является закон электромагнитной индукции – возникновение движения электронов в проводнике во время прохождения магнитного потока через его замкнутый контур.

Принцип действия генератора переменного (слева) и постоянного тока (справа)

Действие генераторов постоянного тока основано на законе Фарадея и проявлении ЭДС.

Когда к проводнику, имеющему внутри вращающийся постоянный магнит, подключить нагрузку, то по ней потечёт переменный ток. Это происходит из-за смены мест полюсов магнита. Для получения постоянного тока нужно эту нагрузку подключать с такой скоростью, с какой вращается магнит. Для этого предназначен в нём коллектор, который закрепляется на роторе и вращается с той же частотой. Постоянное напряжение с коллектора снимают графитные щётки. ЭДС падает до нуля, когда пластины коллектора переключаются, но не изменяет своей полярности, так как успевает подключиться к другому проводнику.

Немного исторических сведений

На рубеже XIX и XX столетий активно внедрялся в быт постоянный электроток. Его популяризатором выступал Томас Эдисон. Но он столкнулся с неразрешимой проблемой: требовалось строить значительное количество промежуточных электроподстанций, чтобы электричество дошло до потребителя с заданными параметрами. Через каждые 3−4 километра устанавливалась подстанция, что было очень затратным и нерентабельным делом.

Решить эту проблему взялся молодой и талантливый физик Никола Тесла. К ней он подошел с новаторской идеей — использовать электроток с изменяемыми во времени показателями напряжения и направления движения. Проблема решалась просто и эффективно:

• потери на сопротивление проводника снижались в несколько раз;
• источники электротока переменного типа конструкции Тесла были проще и дешевле;
• упрощались и сами бытовые приборы, работавшие от электротока с изменяемыми во времени показателями.

Но эта идея для Томаса Эдисона была неприемлема, так как полностью уничтожались его уже готовые разработки и ему грозили большие финансовые потери. Эдисон упорно продвигал свою идею электротока постоянного типа, проводя многочисленные публичные испытания и демонстрации.

Вам это будет интересно Проверка конденсатора мультиметром

В прессе по его указке и при его финансировании была организована настоящая травля научного оппонента. Но история расставила все по своим местам: сегодня человечество должно благодарить Николу Тесла, так как без переменного тока цивилизация не достигла бы существующего уровня развития техники, науки и комфорта в быту.

Работа источника тока

Перемещая электрические заряды по участку цепи, электрический ток выполняет работу. Она складывается из работы кулоновских сил и работы сторонних сил:

Работа источника – это работа сторонних сил по переносу электрических зарядов вдоль проводника в течение времени:

Аист = Астор = ε * I * t,

где:

• ε – ЭДС (В);
• I – ток (А);
• t – время (с).

Работа электротока определяет степень превращения электроэнергии в её другие формы.

Химический источник тока

Химические источники питания постоянного тока – это семейство устройств и аппаратов, которые выдают напряжение на своих клеммах в результате внутренних химических процессов окисления или гальванизации. Их работа основана на реакциях химических веществ, которые, вступая во взаимодействие между собой, производят постоянный электроток.

К сведению. Процессы, протекающие в химических источниках (ХИТ), идут без тепловых или механических воздействий. Это выделяет их в особый ряд среди устройств, генерирующих напряжения постоянной полярности.

Некоторые виды химических источников тока

Термины и определения подробно описаны в ГОСТ Р МЭК 60050-482-2011, введённом в действие 01.07.2012 года. В нём сокращённо обозначены химические источники тока – ХИТ.

Разделение по видам ХИТ производят в следующей градации:

• первичные;
• топливные;
• аккумуляторы.

Это различие проведено по способу действия источника.

Химические источники тока

Элементы однократного применения – первичные источники. В них заложен конечный запас реагентов, которые вступят в реакцию и перестанут вырабатывать энергию по окончании процесса. Это различные батарейки типа АА.

Топливные ХИТ способны работать постоянно, но требуют поступления новой дозы веществ и удаления отработанных продуктов. По сути, это гальваническая ячейка, куда подводятся раздельно топливо и окислитель, они вступают в реакцию на двух электродах. В электролите растворяется топливо, и происходит катодное окисление. Это практически прецизионный лабораторный процесс.

Схема работы топливного элемента

Вторичные элементы, которые имеют возможность использоваться много раз, после подзаряда или перезаряда называются аккумуляторами. Если к таким устройствам подключить ток, то они снова регенерируются и аккумулируют энергию. Они нашли самое широкое применение в питании мобильных устройств и механизмов.

Аккумуляторный источник тока

Электрические аккумуляторы

Это источник постоянного тока многоразового использования, который действует не постоянно, а до следующего заряда. Они по своей химической природе подразделяются на типы:

• свинцово-кислотные;
• литий-ионные (литиевые);
• никель-кадмиевые;
• никелево-железные.

Свинцово-кислотные модели применяются в автомобилях, источниках бесперебойного питания, транспорте, промышленности, в отрасли связи и телекоммуникаций.

Литий-ионные батареи нашли широкое применение в мобильной связи, электроинструментах, системах телекоммуникаций, а также автономном и аварийном электроснабжении. Вот только небольшой перечень спектра их составов:

• литий-титанатовый;
• тионилхлоридный;
• литий-кобальтовый;
• литий-марганцевый;
• литий-фосфат железный;
• литий-полимерный;
• литий-диоксид серный;
• литий-диоксид марганцевый.

Литий-ионные источники тока

Интересно. Никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы применяются в авиации, речном и морском судоходстве, в электрокарах.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Никелево-железные щелочные – очень надёжный тип источника. Пагубные для свинцово-кислотных батарей глубокие разряды, частые недозаряды не выводят их из строя. Они используются в тяговых транспортных цепях, в цепях резервного питания.

Тяговый никель-железный аккумулятор

Гальванические элементы

Это ряд химических источников тока, которые называются батарейками. Напряжение батареек зависит от количества единиц, в неё входящих, и типа металлов, которые в ней применяются. Напряжение может быть в пределах от 1,5 до 4,5 вольт. В металлический цилиндр вставлены сетки из металлов, на которые с помощью напыления наносится окислитель. Электролитом выступает кислота либо соли калия или натрия. По мере прекращения реакции ток в батарее снижается. Дальнейшему восстановлению батарея не подлежит.

Гальванический элемент, схема работы

Идеальный источник тока

Если ток, проходящий через двухполюсник и снимаемый с его контактов, не изменяется от величины напряжения на этих контактах, то это идеальный источник тока. Закон Ома, утверждающий, что сила тока на участке цепи находится в прямой зависимости от напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению, ссылается на такой эталон. Формула:

I = U/R, где:

• I – ток, А;
• U – напряжение, В;
• R – сопротивление, Ом.

В этом случае подразумевается, что внутреннее сопротивление источника близко или равно бесконечности. Это значит, что внешние параметры цепи, изменяющие напряжение на выходе двухполюсника, не изменяют ток.

Внимание! Мощность на выводах источника будет повышаться с увеличением сопротивления нагрузки, при неизменном токе это даёт увеличение мощности P = U*I. В этом случае можно говорить об идеальном источнике мощности.

Источник любого типа далёк от идеального генератора. Правильно подобранный и неповреждённый источник тока прослужит долго. Главное, чтобы эксплуатация проходила в рекомендуемом режиме. Так как большинство изделий связано с химическими процессами, то хранение и утилизация этой продукции выполняются по экологическим нормам и правилам.

Краткая классификация источников питания для дуговой сварки

Как это показано на схеме ниже, источники питания для дуговой сварки могут быть классифицированы по различным признакам.

По первому признаку источники питания классифицируются в соответствии со способом производства энергии: преобразуется ли она из силовой сети питания (что имеет место в трансформаторах, выпрямителях и электронных источниках питания) или вырабатывается самими источниками питания (как это имеет место в случае использования генераторов).

По второму признаку источники питания классифицируются в соответствии со способом преобразования электрической энергии:

— путем использования трансформаторов, которые преобразуют относительно высокое напряжение силовой сети в более низкое напряжение для сварки переменным током; — путем использования сварочных выпрямителей, состоящих из трансформатора (для понижения напряжения силовой сети) и блока выпрямления для преобразования переменного тока в постоянный; — путем использования электронных источников питания (например, сварочных инверторов); — путем использования сварочных преобразователей, состоящих из сварочного генератора, вращение ротора которого обеспечивается электрическим двигателем; — путем использования сварочных агрегатов, состоящих из сварочного генератора, вращение ротора которого обеспечивается двигателем внутреннего сгорания (строго говоря, в агрегате происходит преобразование не электрической энергии, а механической в электрическую).

Третьим классификационным признаком является способ получения энергии: источники питания могут быть зависимыми (все кроме агрегатов, т.к. получают энергию от стационарной электрической сети) и автономными (агрегаты, т.к. их генератор подсоединен к двигателю внутреннего сгорания).

По четвертому признаку источники питания классифицируются в соответствии со способом регулирования параметров сварки. В трансформаторах, выпрямителях это может быть выполнено с помощью подвижных катушек, подвижных магнитных шунтов, секционированием витков вторичной обмотки и другими способами.

Пятым классификационным признаком является род тока сварки, который обеспечивают источники питания: переменный (AC), постоянный (DC) или оба, как AC, так и DC (комбинированные источники питания).

По шестому классификационному признаку источники питания классифицируются в соответствии с формой внешней (статической) вольт-амперной характеристики (ВВАХ). Внешней вольтамперной характеристикой источника питания является зависимость среднего значения напряжения на клеммах источника от силы тока в сварочной цепи. Она может быть либо падающей (CC — constant current), либо жесткой (CV — constant voltage). И в том и другом случаях эти определения не совсем точны и являются условными, принятыми в сварочной практике. Более подробно о вольт-амперной характеристике см. Вольт-амперная характеристика дуги

Uхх – напряжение холостого хода

Источники питания с падающей ВВАХ характеризуется следующими основными свойствами:

— имеют высокое напряжение холостого хода (≈ 2 … 2,5 раза выше рабочего напряжения дуги); — напряжение на клеммах источника питания падает существенно при повышении тока сварки; — имеют ограниченный ток короткого замыкания (не выше, чем 1.1 … 1.3 от номинального тока сварки).

Для источников питания с жесткой ВВАХ характерны следующими основными свойствами:

— напряжение холостого хода лишь незначительно превышает рабочее напряжения дуги; — напряжение на клеммах источника питания падает незначительно при повышении тока сварки; — ток короткого замыкания может достигать очень высоких значений (в 2 … 3 раза превышающих номинальный ток сварки).

Форма внешней вольтамперной характеристики источника питания определяется экспериментально путем измерения напряжения на внешних зажимах источника питания (Uн) и тока в цепи (I) при плавном или ступенчатом изменении сопротивления нагрузки (Rн) и при неизменных значениях напряжения холостого хода, активной и индуктивной составляющих внутреннего сопротивления источника питания. По мере снижения сопротивления нагрузки повышается ток в цепи, увеличивается падение напряжения внутри источника питания и, соответственно, снижается напряжение на внешних зажимах источника питания (Uн). Темп снижения напряжения Uн (другими словами, наклон внешней вольтамперной характеристики) определяется значением внутреннего сопротивления источника питания. Чем выше внутреннее сопротивление источника питания, тем более крутой становится внешняя вольтамперная характеристика источника питания.

Статическую ВВАХ не следует путать с динамической характеристикой источника питания, которая характеризует скорость изменения мгновенных значений силы тока в сварочной цепи.

Ниже в таблице представлены данные для выбора рода тока и формы ВВАХ источника питания в зависимости от способа дуговой сварки.

Способ сварки	Постоянный ток		Переменный ток
	Падающая	Жесткая	Падающая
Ручная дуговая сварка покрытым электродом (MMA)	да	нет	да
Дуговая сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (ТИГ)	да	нет	да
Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в защитном газе (МИГ/МАГ)	нет	да	нет

Сварочные источники питания также рассчитываются на разный режим работы, который оценивается относительной продолжительностью работы (ПР; иногда обозначается ПН – Период Нагрузки):

ПР = (время работы (сварки) / время всего цикла (сварки и паузы) = 10 мин) * 100%

Длительность всего цикла работы (сварки и паузы) для источников принята равной 10 минутам. Например, если ПР = 20%, то это означает, что после 2-х минут сварки на номинальном токе необходимо, чтобы источник остывал не менее чем 8 минут. В противном случае он может перегреться и выйти из строя.