Режим работы источника питания

Характеризменения нагрузки во времени иногда называют " Режим работы ИП". Этот режим учитывается при конструировании и эксплуатации ИП, в частности по условиям нагрева его изоляционных и токоведущих элементов. В соответствии с законом Джоуля - Ленца, при прохождении тока по обмоткам, вентилям, проводам источника в нем выделяется теплота:

2.11

Как видно, степень нагрева проводников и изоляции источника зависит не только от величины тока, но и характера его изменения во времени (I_дdt). Поэтому различают продолжительный, повторно-кратковременный и перемежающийся режимы работыИП.

При продолжительном режиме нагрузка считается постоянной и длительной (рис. 2.7, а).

Температуру нагрева Т_и внутренних элементов источника можно определить по соотношению:

2.12

где: Т₀ - температура внешней среды; S - площадь теплоотдачи, см²; τ - постоянная времени нагрева, зависящая от массы, теплоемкости и теплопроводности нагреваемых элементов, с; α _Т - коэффициент теплоотдачи, Вт/(см²·град).

Рис. 2.7.Нагрузка и температура ИП при продолжительном (а) и повторно - кратковременном (б) режимах: I1, I2, I3 - ток нагрузки; Tн1, Tн2, Tн3 - время нагрева; T0 - начальная температура; Tд - допустимая температура; tд, tо - время горения дуги и время отдыха

Очевидно, что с ростом тока увеличивается и температура нагрева источника (рис. 2.7, а). Если при токеI₂ температура нагрева обмоток равна допустимой (I_доп), назначенной по соображениям обеспечения достаточной стойкости их изоляции, то источник можно эксплуатировать при токе не выше I_2, который называется номинальным.При большем токеI₁источник будет перегреваться и вскоре выйдет из строя из-за повреждения изоляции. При меньшем токе I₃ источник используется не на полную мощность.

Цикл повторно-кратковременного режима состоит из периода горения дуги длительностьюt_д и периода отдыха - ИП отключают, и он остывает (рис. 2.7, б).

Если при таком режиме температура проводников не достигает установившегося значения, то в качестве номинального тока может быть принят тоI₁, существенно превышающий номинальный ток продолжительного режимаI_2. Повторно-кратковременный режим характеризуют относительной продолжительностью включения (ПВ):

2.13

Возможен т.н. " перемежающий режим", когда периоды горения дуги сменяются периодами холостого хода. При холостом ходе ИП так же остывает. Такой режим принято характеризовать относительной продолжительностью нагрузки:

2.14

Номинальное значение тока — это главный параметр источника. Он устанавливается изготовителем и является предельно допустимым по условиям термически стабилизированного состояния для принятой ПВ.

Источники, предназначенные для ручной дуговой сварки, работают в перемежающемся режиме. Их обычно рассчитывают на работу при номинальной относительной продолжительности нагрузки ПВ_ном⁼ 60% при полном времени цикла Т_ц = 5 мин. Это означает, что источник при номинальном токе не будет перегреваться, если в течение 5-минутного цикла дуга будет гореть не более 3 мин. При любом другом режиме источник не будет перегреваться, если тепловыделение в источнике с внутреннимсопротивлениемR_и за время цикла не будет превышать тепловыделения при номинальном режиме:

2.15

Разделив обе части уравнения на Т_ц, после преобразований имеем соотношение:

2.16

По этому соотношению можно вычислить допустимую силу тока при ПВ, отличной от номинальной:

2.17

Источники питания дуги

В большинстве случаев подключение сварочной установки осуществляется через бытовую или более мощную трехфазную сеть. При этом необходимо получать выходные параметры электричества, соответствующие виду и режиму сварки. Для этого и используются источники питания (ИП) сварочной дуги, которые могут менять выходные параметры электричества.

При дуговой сварке ИП должен обеспечить ток от 1 до 3000 А, при напряжении 40…141 В. Сварка может выполняться на постоянном или переменном токе, как при непрерывной, так и при импульсной подаче энергии. В зависимости от вида энергии, характера ее преобразования различают следующие виды ИП.

Трансформатор – электрическая машина, понижающая переменное напряжение сети (повышающая ток) до необходимого при сварке.

Выпрямитель - электрическая машина, преобразующая энергию сетевого переменного тока в энергию постоянного сварочного тока.

Генератор - электрическая машина, преобразующая механическую энергию вращения его вала в электрическую энергию постоянного тока.

Преобразователь –комбинация трехфазного асинхронного двигателя переменного тока и генератора постоянного тока. По сути дела это преобразователь сетевой энергии в энергию постоянного тока, используемую для сварки.

Сварочный агрегат -система, состоящая из двигателя внутреннего сгорания и генератора постоянного тока. По сути дела это преобразователь химической энергии сгорания жидкого топлива энергии в энергию постоянного тока, используемую для сварки.

Сварочные трансформаторы

Однофазный сварочный трансформатор (рис. 2.8) обычно имеет стержневой магнитопровод3, и две электрически не связанных между собой цилиндрическиеобмотки: первичную1 и вторичную 2, каждая из которых состоит из двух одинаковых катушек.

Рис. 2.8. Однофазный сварочный трансформатор: 1, 2 - первичная и вторичная обмотки; 3 - сердечник (стержневой магнитопровод).

Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы изготовляются из листовой электротехнической стали.

Электрическая энергия сети подается на первичную обмотку1 и преобразуется в ней в энергию магнитного потока, которая по магнитопроводу3 передается вторичной обмотке2, где снова преобразуется в электрическую и подается на сварочную дугу. Число витков вторичной обмотки меньше, чем у первичной, следовательно, трансформатор понижает сетевое напряжение до необходимого при сварке. Вторичныекатушки концентрически надеты на первичные, поэтому почти весь поток, создаваемый первичной обмоткой, сцепляется и с вторичной. Потокрассеяния, создаваемыйодной обмоткой, но не сцепляющийся с другой, очень мал. Поэтому такаяконструкцияназывается трансформатором с нормальнымрассеянием.

У обеих обмоток две катушки можно соединить как последовательно, так и параллельно. Например, во вторичной обмотке для последовательного соединения (рис. 2.9, а) к концу первой катушки К2.1 подключаютначало второй катушки Н2.2 (показано жирной точкой), так что ЭДС обеих катушек совпадают по направлению и поэтому складываются.

Рис. 2.9.Соединение обмоток сварочного трансформатора: а - последовательное; б - параллельное.

Для параллельного соединения (рис. 2.9, б) начала обеих катушек, например, для вторичной обмотки Н2.1 и Н2.2, объединяются в одну точку, а концы, в этом случае К2.1 и К2.2 — в другую.При этом, ЭДС обеих катушек направлены в одну сторону, а складываются уже их токи. Возможны и другие сочетания соединениякатушек обеих обмоток, но во всех случаях направления ЭДС двух соединяемых катушек должны совпадать.

Анализ работы трансформатора со стальныммагнитопроводом, имеющим переменную магнитную проницаемость, принято проводить на основе картины магнитного поля (рис. 2.10).

Разделим магнитный поток на две части: основной поток(Ф_о - на холостом ходу, Ф_т. - при нагрузке) и поток рассеяния Ф_р._.Основной поток замыкается по магнитопроводу и совпадает по фазе с реактивной составляющей тока холостого хода, т.е. намагничивающим током. Связь между основным потоком и намагничивающим током определяется кривой намагничивания стального магнитопровода.

Рис. 2.10. Магнитные потоки в трансформаторе: а - холостой ход; б - под нагрузкой; стрелками указано направление магнитных потоков.

Поток рассеяния на холостом ходу Ф_ро замыкается по параллельному пути через воздух, прямо пропорционален первичному току и совпадает с ним по фазе. Коэффициент пропорциональности между потокосцеплением и током определяется индуктивностью и индуктивностью рассеяния первичной обмотки трансформатора.

В передаче мощности от первичной обмотки к вторичной участвует только основной поток Ф_о.ЭДС индукции в первичной обмотке трансформатора можно разложить на две составляющие: ЭДС, индуктируемую основным потоком:

2.18

ЭДС в обмоткахтрансформаторазависит от амплитудногозначениямагнитногопотокаи определяется следующим уравнением:

2.19

где: Ф_о – амплитудное значение магнитного потока в сердечнике при холостом ходе; W₁, W₂ - число витков первичной и вторичной обмоток; f - частота переменного тока.

Невесь магнитный поток, пронизывающий первичную обмотку, сцеплен с витками вторичной обмотки и замыкается в сердечнике. Часть потока, создаваемого намагничивающей силой первичной обмотки, замыкается помимо сердечника, главным образом в пространстве между обмотками, образуя магнитный поток рассеяния Ф_ро. Отношение потока Ф_о, пронизывающего вторичную обмотку при холостом ходе к суммарному (полному) потокуФ_оп = Ф_о+ Ф_ро, , создаваемого намагничивающей силой первичной обмотки, называется коэффициентом магнитной связи k_м:

2.20

В трансформаторах с нормальным (малым) магнитным рассеянием k_м»1. В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеяниемk_м< 1.

Магнитный поток рассеяния Ф_роиндуцирует в первичной обмотке трансформатора ЭДС рассеянияЕ_р1.Эта ЭДС обуславливает соответствующее падение напряжения в индуктивности первичной обмотки:

2.21

где: X₁- индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное рассеянием; I_o - ток в первичной обмотке трансформатора при холостом ходе, который при принятых допущениях равеннамагничиваемому току.

С учетомкоэффициента магнитной связи k_муравнение(2.21)примет вид:

2.22

После преобразований получим:

2.23

Сварочныйтрансформатор в процессе работы может находиться в одном из трех режимов: холостой ход, нагрузка и короткоезамыкание.

Рассмотрим режимы работы сварочного трансформатора.

В режиме холостого хода ток дуги отсутствует I_д= I₂ = 0. Впервичной обмотки трансформатора протекает ток намагничивания I_o, которым для упрощения можно пренебречь. Поэтому на дуговом промежутке U_o равно подводимому напряжению U_хх.

В режиме нагрузки в электрической цепи протекает ток I₂= I*₁ = I_д..

Напряжениедуги равно:

2.24

В режиме короткого замыканияU_д = 0, а ток в сварочной цепи равен току короткого замыкания, I₂ = I_2к. Все подводимое напряжение падает внутри трансформатора. В этом случае ток короткого замыкания равен:

2.25

Ток короткого замыкания зависит от величины напряжения холостого хода и ограничивается главным образом величиной индуктивного сопротивления. В трансформаторах с нормальным (малым) магнитным рассеянием для ограничения тока короткого замыкания включают в сварочную цепь отдельную реактивную катушку - реактор, в трансформаторах с увеличенным рассеянием ток ограничиваютповышением индуктивного сопротивления его обмоток.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: