SU753569A1 - Способ питани дуги переменного тока - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнологии , а именно к сварке и резке металлов, и может примен тьс  в любой отрасли промышленности дл  ручной дуговой сварки, сварки под флюсом и сварки в среде защитных газов. Наиболее эффективное применение указанный способ может найти при сварке в услови х, требующих высоких напр жений зажигани  при относительно низких значени х напр жени  холостого хода. Известен способ питани  дуги переменного тока от трансформатора с жесткими внещними характеристиками с использованием последовательно соединенных реактора и конденсатора 1. Однако в известном способе в случае длительного короткого замыкани , св занного с нарушением процесса сварки, ток в цепи, реактивные элементы которой настроены в резонанс на частоту сети, ничем не ограничен. Он может вырасти до бесконечности . Падение напр жени  на эле-, ментах цепи превосходит рабочие на несколько пор дков. Это может привести к выходу из стро  конденсаторов. Очень большой ток прожигает образец. Дл  того, чтобы избежать эти  влени , в последовательно С дугой ввод т активные сопротивлени , которые ухудшают энергетические характеристики устройства, ограничивают их применение , свод т на нет преимущества резонансной схемы. Кроме того, в резонансной цепи ток не может вырасти мгновенно, врем  переходного процесса определ етс  абсолютными значени ми величин индуктивности и емкости , начало технологического процесса затруднено. Поэтому, если не прин ть специальных мер, часто происходит «замерзание электрода, ухудшение его подачи. Ведение сварки в известном способе возможно только на одно.м токе. Отсутствие регулировани  тока также  вл етс  его недостатком . Цель изобретени  - повышение надежности возбуждени  дуги, ограничение длительности токов короткого замыкани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что реактор и конденсатор настраивают в резонанс с частотой, отличной от частоты питающей сети, причем разность частот определ ют по отношению рабочего тока к току короткого замыкани  в зависимости от технологического процесса, а конденсатор зар жают напр жением, составл ющим 0,2- 0,7 от рабочего напр жени .

Иа фиг. 1 приведена принципиальна  электрическа  схема, по сн юща  принцип реализации способа; на фиг. 2 - изменение тока и напр жени  на конденсаторе 8 зависимости от величины начальных условий; на фиг. 3 - кривые установившегос  процесса тока и напр жени  на дуге, падений напр жений на реакторе и конденсаторе , напр жени  зажигани  и холостого хода.

К первичным обм.откам трансформатора I (см. фиг. 1) подсоединены реактор 2 и конденсатор- 3 (включение этих элементов возможно и со BtopH4HOH стороны трансформатора ). Действующее значение тока в цепи определ етс  уравнением I -„.Ji-- VZZ+tXu-Xct Дл  ограничени  тока короткого замыкани  в предлагаемом способе сопротивление одного из элементов выполн етс  больше сопротивлени  другого. Разность этих сопротивлений выбираетс  в зависимости от технологического процесса сварки. Причем абсолютное значение отношени  двух реактивных сопротивлений определ етс  отношением сварочного токаК току короткого замыкани . Напр жение на элементах цепи выбираетс  из условий максимально допустимых при данном токе короткого замыкани . Возможно преобладание как емкостного , так и индуктивного сопротивлени , при этом эффект ограничени  тока не мен етс . Однако предпочтительным  вл етс  .

Причем, рациональна  степень преобладани  одного реактивного сопротивлени  над другим, зависит от вида технологического процесса, величины сварочного тока. Например, дл  ручной дуговой сварки сопротивление индуктивности выбираетс  в 1,6 раза больше емкостного. А при сварке в среде защитных газов и под флюсом это различие должно быть меньше (в 1,2 раза). .При преобладании индуктивного сопротивлени , резонансна  частота цепи (фиг. 1) брЛБшзе частоты питающей сеги во столько раз, Фо скоЛько индуктивное сопротивление больше емкостного. В этом случае цепь принимает индуктивный характер на частоте питающей сети. Преобладание емкостного сопротивлени  возможно, но непредпочтительна , оюскольку ухудшает использование элементов цепи..

Рассмотрим процесс повторного возбуждени  дуги при резонансе напр жений. Предположим , что цепь (фиг. 1) имеет индуктивный характер, реактор и конденсатор - линейные элементы.

Процесс повторного возбуждени  дуги св за11 с горением дуги, погасанием, сменой пол рности, преддуговой стадией горени , возбуждением и горением ее. В момент перехода тока через нуль сварочна  цепь почти разорвана.

Напр жение на реакторе отстает от тока на угол П/2 (фиг. 3).

Высокое напр жение на емкости благопри тствует ионизации дугового промежутка , форсируетс  развитие преддугового тока и начинаетс  повторное возбуждение дуги (момент i|)).

В момент погасани  дуга обладает очень большим сопротивлением (теоретически равным бесконечности). По мере возбуждени , сопротивление столба дуги уменьшаетс . Падение напр жени  на конденсаторе DC находитс  в противофазе с напр жением на реакторе, UL. В момент to - напр жение на емкости максимально и при начале повторного возбуждени  дуги to-t- не мен етс  (падение напр жени  на емкости не может изменитьс  мгновенно). Ток разр да конденсатора находитс  в противофазе с напр жением, т. е. ток разр да совпадает по фазе с предсто щим направлением свароч ного тока и поэтому усиливает преддуго0 вой ток.

Таким образом, напр жение на индуктивности благопри тствует повторному возбуждению дуги, а ток на емкости увеличивает по абсолютной величине преддуговой ток. Напр жение холостого хода определ ет только напр жение на дуге и практически не принимает участи  в формировании напр жени  повторного возбуждени . Это  вл етс  принципиальным отличием предлагаемого способа питани  дуги переменного тока.

При настройке цепи в резонанс (фиг. 1) на частоту, большую или меньшую частоты питающей сети, по вл етс  возможность питани  дуги от источника с жесткими внешними характеристиками без ограничительных активных сопротивлений. При этом ток короткого замыкани  ограничиваетс  преобладающим индуктивным или емкостным сопротивлением .

В резонансной цепи ток не может вырасg ти мгновенно, посто нна  времени цепи зависит от абсолютных величин емкостного и индуктивного сопротивлени . Медленное нарастание тока в дуговых процессах,начинающихс  с короткого замыкани , приводит к ухудшению условий начального зажнJ гани . Вкладываема  теплова  мощность недостаточна дл  перегорани  перемычки и электрод «замерзает.

Введенный нами начальный, предвари.тельный зар д емкости позвол ет увеличить скорость нарастани  тока. Чем больше зар д емкости (Ueo), тем быстрее ток выходит на рабочий режим. Это видно из кривых на фиг. 2. Эксперймент.ально доказано, что напр жение предварительного зар да на 55 емкости (Ueo, фиг. 1) должно быть 0,2-0,7 от рабочего напр жени . Это напр жение достаточно дл  уменьшени  времени переходного процесса нарастани  тока и благопри тствует начальному возбуждению дуги.

Благодар  нелинейности вольт-амперной характеристики дуги дл  регулировани  тока по предлагаемому способу питани  достаточно немного изменить вторичное напр жение . Причем, регулирование этого напр жени  необходимо осуществл ть только за счет изменени  коэффициента трансформации , например с помощью магнитной коммутации , без изменени  параметров цепи. Изменение их приводит к расстройке схемы и иарушению резонанса.

Начальное напр жение на емкости выбираетс  в зависимости от качества условий, вида сварки, используемых материалов, а также зависит от среды, в которой осуществл етс  сварка.

В качестве примера, реализующего пред )1агаемый способ, рассмотрим устройство (фиг. 1), содержащее трансформатор 1, регулируемый подмагничиванием, реактор 2 и конденсатор 3. Включение реактивных элементов 2 и 3 осуществл етс  со вторичной стороны. Один из этих элементов, например реактор 2, выполнен регулируемым. Это позвол ет настраивать схему (фиг. 1) в резонанс на частоту, отличную от частоты питающей сети. При резонансе на частоте питающей сети абсолютные значени  реактивных элементов удовлетвор ют условию: Хи Хс- При этом частота резонанса совпадаег с частотой питающей сети.

WP (Всетн j;,

где шр - резонансна  частота.

В случае преобладани  одного реактивного элемента над другим, например Xi. Хс, эти частоты не совпадают. Резонанс наступает на частоте больщей, чем частота сети. При этом на индуктивном сопротивлении (реактор 2) падение напр жени  больше, чем на емкостном. В случае преобладани  емкостного сопротивлени  частота сети меньше резонансной частоты.

Ис Шр U)L.

где Oj-резонансна  частота при Х(. Xi,; Шц- резонансна  частота при Х Хц.

Дл  ручной дуговой сварки ток короткого замыкани  должен быть больще номинального тока в 1,6 раза. Если пренебречь активным сопротивлением реактивных элементов , то разностное сопротивление составл ет

Хр (Хц) - (Хс) 0,6. .Если это сопротивление выбрать индуктивным Xt. 1,6Хе, .то сварочна  цепь будет индуктивной, ее ток будет ограничиватьс  индуктивнымсопротивлением. Г1ри этом резонансна  частота будет больше частоты питающейсети на величину, пропорциональную резонансному индуктивному сопротивлению . Если Х5 будет емкостным «е Шр, то шр ; е«тиВ схеме эффективно может быть применен трансформатор,- регулируемый магнитдой коммутацией. Такой трансформатор плавно измен ет напр жение вторичной обмотки за счет изменени  коэффициента трансформации. При этом его реактивное сопротивление почти не измен етс . Это i позвол ет плавно регулировать ток, не вывод  из настройки 1С-контур. Настройка контура осуществл етс  за счет изменени  величин реактивных элементов и в процессе, регулировани  тока остаетс  посто нной.

Дл  уменьщени  времени нарастани  тока короткого замыканн  в устройстве (фиг. конденсатор 3 предварительно зар жен напр жением , близким к его рабочему напр жению . Этот предварительный зар д можно осущ.ествл ть от постороннего маломощного источника, как показано на фиг. 1. При этом врем  переходного процесса значительно уменьшаетс . Например, при UCQ 0,74,врем  переходного процесса составл ет t 0,05-0,09 с.

Таким образом в предлагаемом способе одновременно осуществл етс  ограничение тока короткого замыкани  без дополнительных потерь, уменьшение времени переходного процесса и плавное регулирование тока.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ питани  дуги переменного тока от трансформатора с жесткими внешними характеристиками с использованием последовательно соединенных реактора и конденсатора , отличающийс  тем, что, с целью ограничени  тока короткого замыкани  с одновременным повышением надежности возбуждени  дуги, указанные реактор и конденсатор настраивают в резонанс с частотой , отличной от частоты питающей сети, причем разность частот определ ют по отношению рабочего тока к току короткого замыкани  в зависимости от технологического процесса, а конденсатор зар жают напр жением , составл ющим 0,2-0,7 от рабочего напр жени .

   Источники информации, прин тые во цнимакие при экспертизе „ 1. Патент США № 3617689/27, кл. 219- 131, 1970.

   00

   и.