Требования к источникам питания.
Классификация, принцип работы, применение.
Для получения устойчивого дугового разряда между электродом и свариваемым изделием к ним необходимо подвести напряжение от специального источника питания электрическим током.
Источники питания сварочной дуги должны обеспечивать:
- легкое зажигание и стабильное горение сварочной дуги в период сварки;
-обеспечивать необходимые силу сварочного тока и напряжение на дуге;
-иметь необходимый вид внешней вольт-амперной характеристики;
- иметь динамические свойства - способность восстанавливать напряжение на дуге после момента короткого замыкания (в этот момент напряжение равно нулю);
- иметь устройства для регулирования силы сварочного тока.
Для обеспечения нормального зажигания и стабильного горения сварочной дуги напряжение холостого хода (сварочная цепь разомкнута) должно быть в 2-3 раза больше напряжения на дуге, что способствует ее легкому возбуждению. Обычно напряжение на дуге равно 18-35В. Одновременно с этим напряжение на зажимах источника при нормальных условиях работы электросварщика должно быть для него безопасным, обычно это напряжение равно 50-80 В.
Динамические свойства источника питания, т. е. время восстановления напряжения должно быть не более 0,05 с.
Наличие регулирующего устройства в трансформаторе не всегда позволяет плавно регулировать силу сварочного тока. Поэтому в ряде случаев последовательно в сварочную цепь включают балластные реостаты. Балластные реостаты дают возможность плавно регулировать силу сварочного тока и улучшают вольт-амперную характеристику источника питания для ручной дуговой сварки.
Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) - это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки.
^ Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги.
При стабильном горении дуги требуется выполнение условия
Iд = Iи; Uд = Uи
Рис. 1.Внешние характеристики источников питания сварочной дуги.
Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток.
Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания. При удлинении дуги до 3-5 мм напряжение возрастает.
Обычно ток короткого замыкания превышает рабочий ток, но не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с.
Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75В при номинальном рабочем напряжении 30В. Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30-35В, а для переменного тока 50-55В.
Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания.
Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику.
Жесткая характеристика источников питаний необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2. Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками.
Основными техническими показателями источников питания сварочной дуги являются: внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме.
ПР и ПВ в прерывистом режиме характеризуют повторно-кратковременный режим работы источника питания.
Величина ПР определяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах:
ПР=tр/tц∙100%,
где tр - непрерывная работа под нагрузкой,
tц-длительность полного цикла.
Условно принято, что в среднем tр=3 мин, а tц=5 мин, следовательно, оптимальная величина ПР принята 60%.
Различие между ПР и ПВ состоит в том, что в первом случае источник питания во время паузы не отключается от сети и при разомкнутой сварочной цепи работает на холостом ходу, а во втором случае источник питания полностью отключается от сети.
^ КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ,
ПРИНЦИП РАБОТЫ, ПРИМЕНЕНИЕ
Источники питания сварочной дуги, выпускаемые нашей промышленностью, классифицируют по следующим признакам:
роду тока — источники переменного (сварочные трансформаторы) и постоянного тока (преобразователи, агрегаты и выпрямители) ;
внешней характеристике - источники с крутопадающими, жесткими, возрастающими и смешанными вольт-амперными характеристиками;
количеству одновременно питаемых постов — источники однопостовые и многопостовые;
характеру привода — источники с электрическим приводом и с 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 катушкой и на общем сердечнике), 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;
а г р е г а т ы — генераторы с двигателями внутреннего сгорания (бензиновые карбюраторного типа и дизельные);
назначению — источники питания для ручной дуговой сварки, автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, сварки в защитных газах, плазменной резки и сварки, электрошлаковой сварки и источники питания током специального назначения (для трехфазной сварки, многодуговая).
^ Единая структура обозначения электросварочного оборудования. Обозначение электросварочного оборудования, выпускаемого заводами МЭТП СССР, состоит из буквенной и цифровой части. 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 штучными 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 странах с тропическим климатом, У — в районах с умеренным климатом, ХЛ — 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 — повышенной влажностью).
Расшифровывая, например, источники питания ВДГМ-1601Т2, получим: выпрямитель для дуговой сварки в защитных газах, многопостовой, на ток 1600 А, регистрационный номер изделия 01, для работы в странах с тропическим климатом, категория размещения — 2.
^ ТРАНСФОРМАТОРЫ – электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.
ГОСТ 95-77- Трансформаторы однофазные однопостовые для ручной дуговой сварки (ТДМ, ТДЭ)
ГОСТ 7012-77 - Tpaнcфopмaтopы oднoфaзные oднoпocтoвые для aвтoмaтичеcкoй дугoвoй cвapки пoд флюcoм ( ТДФ ж, п, у)
^ Выбор трансформатора для разных способов сварки:
– вид ВАХ при данных условиях сварки и ее параметры в зависимости от режима сварки;
- на основании режима работы (продолжительный, перемежающийся, повторно- кратковременный) условий эксплуатации и заданных электрических параметров подбирают трансформатор требуемой мощности. В ГОСтах на тр-ры есть расчеты.
СВАРОЧНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ – устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямленный). Наиболее рациональным в выпрямителях оказывается применение трёхфазного тока.
^ Сварка на постоянном токе обеспечивает получение сварного соединения более высокого качества по сравнению со сваркой на переменном токе.
Кроме того, многие материалы - высоколегированные и теплоустойчивые стали, чугуны, титан, сплавы на основе меди и никеля - свариваются только на постоянном токе. В частности, для полуавтоматической сварки металлической проволокой в среде защитных газов (метод MIG/MAG) - наиболее производительного и универсального метода сварки - применяют именно ИП постоянного тока.
^ Для выпрямления тока используют неуправляемые полупроводниковые вентили - кремниевые или селеновые диоды - и управляемые вентили - тиристоры (обычно кремниевые).
Регулирование тока сварки в сварочных выпрямителях осуществляется двумя путями - электромеханическим и электрическим. В выпрямителях с электромеханической регулировкой изменение тока происходит до ВБ, то есть на выпрямляющие вентили в каждой фазе поступает переменный ток, имеющий силу тока и напряжение заданных сварочных параметров.
^ Управление током каждого сварочного поста осуществляется так называемыми балластными реостатами, представляющими собой устройство с набором элементов сопротивления из фехралевой или нихромовой проволоки и переключателями для коммутирования ступеней сопротивления в параллельном соединении. Включение ступеней балластного реостата позволяет регулировать ток сварки одного поста, а за счёт падения напряжения формируется крутопадающая вольт-амперная характеристика. Такие схемы приняты при использовании многопостовых выпрямителей ВКСМ-1000, ВДМ-1001, ВДМ-1201, ВДМ-1601 с балластными реостатами РБ-301 или РБ-302. Все эти выпрямители называются неуправляемыми, так как на выходе всегда подаётся одно и то же значение сварочного тока, равное номинальному.
^ СВАРОЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ – установка, состоящая из сва-рочного генератора и приводного трехфазного асинхронного электродвигателя.
СВАРОЧНЫЙ АГРЕГАТ – установка, состоящая из сварочного генератора и приводного двигателя внутреннего сгорания.
^ Устройство сварочного инверторного аппарата.
Самое главное, следует уяснить, что «инверторный» — это не способ электродуговой сварки, а всего-навсего вид источника питания для самого сварочного аппарата. Появился впервые он в семидесятых годах прошлого столетия поэтому новым его назвать нельзя, хотя почти за сорок лет своего существования он много раз усовершенствовался, приобрел электронную начинку, стал на порядок дешевле и в несколько раз надежнее. Сварочный инвертор попросту состоит из двух преобразователей напряжения, которые работают при довольно высоких электрических характеристиках. Работа обоих преобразователей управляется электронным микропроцессором
Работа инверторного блока питания основана на инверсии — фазовом сдвиге напряжения (отсюда и название), осуществляемое электронными «мозгами» аппарата, с покаскадным увеличением частоты и силы тока на выходе. Преобразование при этом происходит дважды. Сначала обычный сетевой переменный ток с напряжением 220 вольт и частотой 50 герц преобразуется в постоянный. Потом, на втором преобразователе, ток снова становиться переменным, но уже с низким напряжением, большой силой тока и высокой частотой.
^ Поэтапно работа сварочного инвертора выглядит следующим образом
Выпрямление сетевого переменного напряжения имеющего частоту 50 Гц основным выпрямителем, изготовленным из силовых диодов собранных по мостовой схеме;
Превращение выпрямленного напряжения с увеличенными пульсациями в переменное напряжение с большой частотой;
Снижение переменного напряжения с большой частотой при помощи импульсного высокочастотного трансформатора до значения, удовлетворяющего напряжению сварки с вырабатыванием требуемого вида вольтамперной характеристики;
Перевод второстепенным выпрямителем переменного напряжения большой частоты, располагающего величиной сварочного напряжения, в константное напряжение с выравниванием пульсаций тока.
^ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСТ Р МЭК 60974-1-2004
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН ОАО «Институт сварки России» на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 «Сварка и родственные процессы»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2004 г. № 111-ст
4 Настоящий стандарт является идентичным по отношению к международному стандарту МЭК 60974-1:1989 «Оборудование для дуговой сварки. Часть 1. Источники питания для сварки» (Arc welding equipment. Part 1: Welding power sources)
^ 5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.
Введение
Настоящий стандарт устанавливает приоритетные требования по безопасности продукции, обеспечивает повышение степени соответствия производимой продукции ее функциональному назначению, в ряде случаев устраняет технические барьеры в торговле, содействуя научно-техническому и экономическому сотрудничеству, повышению конкурентоспособности отечественных товаров на мировых и региональных рынках, обеспечивает единство методов контроля и испытаний.
^ 1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на источники питания для дуговой сварки и родственных процессов, рассчитанные для промышленного и профессионального использования с питанием от электрической сети или приводимые в движение механическими средствами.
Стандарт не распространяется на источники питания для ручной дуговой сварки с ограниченным режимом эксплуатации, которые проектируются преимущественно для эксплуатации непрофессионалами.
^ Настоящий стандарт является основополагающим при постановке на производство и изготовлении продукции.
Стандарт определяет требования техники безопасности к конструкции источников питания и требования к их рабочим характеристикам.
Примечания
1 Типовыми родственными процессами являются электродуговая резка и электродуговая металлизация.
^ 2 Настоящий стандарт не содержит требований к электромагнитной совместимости (ЭМС).
3 Применение стандарта не исключает требований действующих нормативных материалов, дополняющих настоящий стандарт, переведенных в настоящее время в категорию «добровольных».
^ 2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты.
МЭК 60204-1:1997 Электрооборудование промышленных машин. Часть 1. Общие требования
МЭК 60417:1973 Графические символы для маркировки оборудования
^ МЭК 60529:1989 Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)
МЭК 60536:1976 Классификация электрического и электронного оборудования с учетом защиты от электроудара
^ МЭК 60664-1:1992 Согласование изоляции для оборудования в рамках низковольтных систем. Часть 1. Принципы, требования и испытания
МЭК 60664-3:1992 Согласование изоляции для оборудования в рамках низковольтных систем. Часть 3. Использование покрытий для достижения согласования изоляции узлов печатных плат
^ МЭК 60905:1987 Руководство по нагрузке сухих сетевых трансформаторов питани
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины, согласующиеся с определениями в МЭК 60204-1, МЭК 60664-1 и МЭК 60664-3.
^ 3.1 источник питания для дуговой сварки: Оборудование, ток и напряжение которого обеспечивает требуемые характеристики для дуговой сварки и родственных процессов.
^ Примечание - Источник питания для дуговой сварки может обеспечивать питание различных вспомогательных устройств и другого технологического оборудования.
В нижеследующем тексте употребляют термин «источник питания для сварки».
3.2 промышленное и профессиональное использование: Оборудование, эксплуатация которого рассчитана только на специалистов или проинструктированных лиц.
3.3квалифицированный специалист: Лицо, прошедшее профессиональное обучение, знание и опыт которого позволяют ему выполнить работу и оценить возможные опасности на базе опыта и знания им соответствующего оборудования.
^ Примечание - Практический стаж в определенной технической области может быть учтен при оценке профессиональной подготовки.
3.4 проинструктированное лицо: Лицо, прошедшее вводный инструктаж о возможных опасностях, связанных с выполнением его производственных функций.
^ 3.8 падающая внешняя характеристика источника питания: Внешняя статическая характеристика, которая в своем нормальном сварочном диапазоне является такой, что при увеличении тока нагрузки напряжение уменьшается более чем на 7 В/100 А.
^ 3.9 жесткая внешняя характеристика источника питания: Внешняя статическая характеристика, которая в своем нормальном сварочном диапазоне является такой, что при увеличении тока нагрузки напряжение либо уменьшается менее чем на 7 В/100 А или возрастает менее чем на 10 В/100 А.
3.10 статическая внешняя характеристика источника питания: Соотношение между напряжением на зажимах при нагрузке и сварочным током источника питания.
3.11 сварочная цепь: Цепь, которая включает в себя все проводящие элементы, через которые будет протекать сварочный ток.
Примечания
1 При дуговой сварке дуга является частью сварочной цепи.
2 В некоторых процессах дуговой сварки дуга может быть зажжена между двумя электродами. В таком случае свариваемая деталь не обязательно является частью сварочной цепи.
3.13 сварочный ток: Ток, протекающий через сварочную цепь во время сварки.
3.14 напряжение на зажимах под нагрузкой: Напряжение между выходными зажимами при подаче тока от источника питания.
3.15 напряжение холостого хода: Напряжение между выходными зажимами источника питания, за исключением напряжения стабилизации или зажигания дуги при разомкнутой внешней сварочной цепи.
3.16 стандартное значение: Используемое стандартное значение для измерения параметров при сравнении, калибровке и испытаниях.
Примечание - Стандартное значение не обязательно применяется во время сварки.
^ 3.17 номинальный режим сварки: Режим источника питания при термически стабилизированном состоянии, определяемом номинальным сварочным током и напряжением при работе на номинальной нагрузке, а также номинальном напряжении питающей сети, частоте или скорости вращения.
.18 стандартная нагрузка: Практически безындукционная постоянная активная (омическая) нагрузка с коэффициентом мощности не менее 0,99.
3.19 номинальный сварочный ток (I2): Ток источника питания для сварки на стандартную нагрузку при соответствующем номинальном напряжении на нагрузке.
Примечание - Значения I2 даются как среднеквадратичные (действующие) значения для переменного тока и среднеарифметические значения для постоянного тока.
3.20 рабочее сварочное напряжение (U2): Напряжение на нагрузке источника питания, определяемое линейными зависимостями от рабочего сварочного тока, в соответствии со способом сварки для которого предназначен источник питания.
^ Примечание - Значения U2 даются как среднеквадратичные (действующие) значения для переменного тока и среднеарифметические значения для постоянного тока.
3.21 номинальное значение: Количественная величина, устанавливаемая изготовителем для номинального рабочего режима изделия, устройства или оборудования.
3.22 номинальные характеристики: Набор номинальных величин и рабочих режимов источника питания.
3.23 номинальная мощность: Номинальное значение отдаваемой мощности источника питания исходя из номинального рабочего тока и напряжения.
^ 3.24 максимально допустимый сварочный ток (I2max): Максимальное значение сварочного тока, которое можно получить в режиме сварки от источника питания при его регулировке на допустимый максимальный режим.
^ 3.25 минимально допустимый сварочный ток (I2min): Минимальное значение сварочного тока, которое можно получить в режиме сварки от источника питания при его регулировании на минимальный режим.
^ 3.26 номинальное напряжение холостого хода (U0): Напряжение холостого хода, измеренное при номинальном напряжении питающей сети, частоте или скорости вращения.
Примечание - Если источник питания для сварки оснащен устройством снижения величины напряжения холостого хода, то это - напряжение, замеренное до срабатывания этого устройства.
^ 3.27 номинальное пониженное напряжение холостого хода (UR): Напряжение холостого хода источника питания, оснащенного устройством снижения величины напряжения холостого хода, замеренное непосредственно после его срабатывания.
^ 3.28 номинальное переключаемое напряжение холостого хода (Us): Напряжение холостого хода на постоянном токе, обеспечиваемое переключающим устройством при прекращении процесса дуговой сварки на переменном токе.
^ 3.29 номинальное напряжение питания (U1): Среднеквадратичное значение входного напряжения, на которое рассчитан источник питания для сварки.
3.30 номинальный ток питания (I1): Среднеквадратичное значение первичного тока, на которое рассчитан источник питания при номинальном сварочном режиме.
3.31 номинальный ток холостого хода первичной цепи (I0): Первичный ток источника питания при номинальном напряжении холостого хода.
3.32 максимально допустимый ток питания (I1max): Максимальное значение первичного тока источника питания.
3.33 максимальное эффективное значение первичного тока источника питания (I1eff): Максимальное значение эффективного первичного тока, рассчитанное на основе номинального первичного тока (I1), с учетом действующего ПН (X) и номинального тока холостого хода первичной сети (I0) по следующей формуле
3.37 продолжительность включения ПН (X): Отношение продолжительности работы под нагрузкой к продолжительности полного цикла работы.
Примечания
1 Это отношение, находящееся в пределах от 0 до 1, может выражаться в процентах.
^ 2 При продолжительности одного полного цикла работы 10 мин и ПН 60 % время непрерывной нагрузки составляет 6 мин, а период холостого хода - 4 мин.
4 Условия эксплуатации
^ Источники питания для сварки должны обеспечивать номинальные параметры при следующих условиях окружающей среды:
a) диапазон температуры окружающего воздуха:
- для ручной дуговой сварки - от минус 40 °С до плюс 40 °С,
- для механизированной сварки - от минус 10 °С до плюс 40 °С,
- при транспортировании и хранении - от минус 40 °С до плюс 55 °С;
b) относительная влажность воздуха:
- до 50 % при 40 °С,
- до 90 % при 20 °С;
c) окружающий воздух, свободный от содержащихся выше нормальных количеств, пыли, кислот, коррозионных газов или веществ и т.д., иных, чем возникающие в процессе сварки;
d) высота над уровнем моря до 1000 м;
e) допустимый наклон до 15°.
Примечание - Различные окружающие условия могут оговариваться между производителем и покупателем, а подходящий источник питания для сварки может иметь и соответствующую маркировку (см. 15.1). Примеры таких условий: высокая влажность, необычные коррозионные дымы, пар, избыточные масляные испарения, ненормальная вибрация или удары, избыточная пыль, суровые погодные условия, необычные прибрежные или судовые условия, заражение паразитами и атмосфера, способствующая росту грибков.
2. Сделать конспект по теме. |
презентация
