Внешняя характеристика источника питания
Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную сварочную внешнюю характеристику.
Внешней характеристикой источника питания (ВАХ) называется зависимость между напряжением на его выходных клеммах и током в сварочной цепи.
Внешние характеристики (рис.2.) могут быть следующих основных видов: крутопадающая1, пологопадающая 2, жесткая 3, возрастающая4.
Рис.2. Основные типы внешних характеристик источников питания для дуговой сварки: 1 – крутопадающая, 2 – пологопадающая, 3 – жесткая, 4 – возрастающая
Источник тока с соответствующей внешней характеристикой выбирают в зависимости от вольтамперной характеристики дуги (рис. 1).
Участки1и 2 ВАХ (рис. 1) соответствуют режимам сварки, применяемым при ручной сварке плавящимся покрытым электродом, а также неплавящимся электродом в среде защитных газов.
Механизированная сварка под флюсом соответствует2 области (рис. 1) и частично захватывает 3область (рис. 1) при использовании тонких электродных проволоки повышенной плотности тока, сварка плавящимся электродом в защитных газах соответствует3 области ВАХ (рис.1). Для питания дуги с падающей или жесткой ВАХ применяют источники питания с падающей или пологопадающей внешней характеристикой.
Для питания дуги с возрастающей ВАХ применяют источники тока с жесткой или возрастающей внешней характеристикой.
Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источник постоянного тока – сварочные генераторы с приводом от электродвигателя (сварочные преобразователи), сварочные генераторы с приводом от двигателя внутренне го сгорания (сварочные агрегаты) и полупроводниковые сварочные выпрямители.
Сварочные трансформаторы благодаря своим технико-экономическим показателям имеют преимущества по сравнению с источниками постоянного тока. Они проще в эксплуатации, долговечнее, обладают более высоким к.п.д.
Источники постоянного тока предпочтительнее в технологическом отношении: при их применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях и др.
Основные технические показатели источников питания сварочной дуги: внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме.
Величина ПРопределяется 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 (сварка);
tц– длительность полного цикла (сварка + пауза).
Оптимальная величина ПРпринята 60 %.
Различие между ПР и ПВсостоит в том, что в первом случае источники питания во время паузы не отключаются от сети и при разомкнутой сварочной цепи работают на холостом ходу, а во втором случае источники полностью отключаются от сети, что имеет место при механизированной сварке.
Устойчивое горение дуги возможно при условии пересечения ее статической характеристики с внешней характеристикой источника, т.е. когда Uдуги = Uист .
На (рис. 3) показана крутопадающая внешняя характеристика источника питания и пересекающие ее статические характеристики сварочной дуги различной длины. Точки пересечения характеризуют устойчивое горение дуги, т.к. Uдуги = Uист . так для сварочной дуги длиной lд = 5 мм устойчивое горение будет обеспечено при сварочном токе Iсв = 145 А и Uист = 25 В .В случае увеличения сварочного тока до
Iсв =160 А напряжение источника, как видно из графика, станет Uист = 18 В меньше напряжения дуги, условие Uдуги = Uист не выполняется, однако при таком токе устойчивой будет дуга длиной lд = 3 мм.
Из (рис.3) видно, что диапазон регулирования устойчивого режима сварки (тока
и напряжения) для изменения длины дуги от 7 до 1 мм составляет для Iсв = 130…170А, для напряжения U = 33…8 В.
Другим показателем работы источника сварочного тока является продолжительность работы (ПР) или продолжительность включения (ПВ). Эти величины характеризуют повторно-кратковременный режим работы, на который рассчитаны источники
питания.
Рис.3 Вольтамперные характеристики сварочной дуги
Электрическая сварочная дуга при сварке покрытыми электродами является видом нагрузки, который отличается от других потребителей электроэнергии:
Ø для зажигания дуги нужно напряжение, значительно выше, чем для поддержания ее горения;
Ø дуга горит с перерывами, во время которых электрическая цепь или разрывается, или происходит короткое замыкание;
Ø во время горения дуги с изменением ее длины lд(в пределах 0...20 мм ) изменяется сопротивление, что приводит к изменению напряжения Uд (в пределах 20...40 В) и силы сварочного тока Iсв;
Ø при коротком замыкании (в моменты зажигания дуги и перехода капли расплавленного металла на изделие) напряжение между электродом и изделием падает до нуля.
Эти особенности дуги обусловливают такие требования к источникам питания (для ручной дуговой сварки):
1. Напряжение холостого хода должно быть в два-три раза выше напряжения дуги. Это необходимо для легкого зажигания дуги, в то же время оно должно быть безопасным для сварщика при условии выполнения им необходимых правил. Госстандарт устанавливает максимальное напряжение холостого хода Uх.хне более 80В - для источников питания переменного тока и 90 В – для и.п. постоянного тока.
2. Необходимо, чтобы сила тока при коротком замыкании Iкз была ограничена. Нормальный процесс дуговой сварки обеспечивается, если
Iкз / Iсв = 1,1...1,5 (в некоторых случаях - 2)
3. Изменения напряжения дуги, происходящих в результате изменения ее длины, не должны вызывать существенного изменения силы сварочного тока, а следовательно, изменения теплового режима сварки (необходимо, чтобы источник питания имел специальную форму внешней характеристики).
4. Время восстановления напряжения от 0 до 25 Впосле короткого замыкания не должно превышать 0,05 с, что обеспечивает устойчивость дуги.
5. 
Необходимо, чтобы источник питания имел устройство для регулирования силы сварочного тока. Пределы регулирования тока должны быть 30 ... 130% от номинального сварочного тока. Это необходимо для того, чтобы от одного источника питания можно было сваривать электродами различных диаметров. Всем указанным требованиям отвечают источники питания с крутопадающей внешней вольтамперной характеристикой (ВВАХ).
Цель работы: Изучить и построить ВАХ источников питания
Ход работы: