Система дуга — источник питания

Энергию, необходимую для зажигания и устойчивого горения дуги, обеспечивает источник питания. Свойства ИП определяются его внешней ВАХ / (рис. 2.4). Точке пересечения Uxx характеристики ИП с осью ординат отвечает напряжение холостого хода источника (нагрузка на его клеммах отсутствует), а точке пересечения /кз с осью абсцисс — ток короткого замыкания ИП.

Рис. 2.4. Внешняя вольт-амперная характеристика (/) источника питания в сочетании с внутренней статической вольт-амперной характеристикой.

(2) дуги:

U — напряжение; / — сила тока; 1/_жж — напряжение холостого хода ИП; /_к, — сила тока короткого замыкания ИП; (/" /, — напряжение и сила тока зажигания дуги; U" /_л — напряжение и сила тока (устойчивого горения) дуги; А, — точка зажигания дуги; А₂ — точка устойчивого горения дуги.

Рис. 2.5. Кривые напряжения (/) и силы тока (2) ИП и напряжения (J) дуги в цепи с активным сопротивлением:

U_mstx — наибольшее (амплитудное) напряжение И Г1; U" U_r — напряжения зажигания и гашения дуги; /₃— продолжительность зажигания дуги; /₂ — продолжительность гашения дуги; t₄ — продолжительность горения дуги Наложение на внешнюю характеристику / ИП внутренней статической ВАХ 2 дуги позволяет определить точку устойчивого горения дуги. Устойчивое состояние системы дуга — И П соответствует точке пересечения их ВАХ. Дуга зажигается в точке А, с координатами U₃ и /₃. Увеличение площади катодного пятна, возрастание плотности тока и степени ионизации воздушного промежутка автоматически переводят дугу в точку А₂ устойчивого горения дуги с координатами U_a и /_д.

При питании дуги от источника постоянного тока ее горение устойчиво. В случае питания дуги от источника переменного тока (частотой 50 Гц) значения силы тока и напряжения в течение 1 с 100 раз проходят через нуль. С такой же частотой меняет свое положение катодное пятно, являющееся источником электронов. Уменьшается ионизация дугового промежутка, и сварочная дуга становится менее устойчивой (в начале и конце каждого полупериода происходит гашение дуги).

Рассмотрим систему дуга—ИП в цепи с активным сопротивлением (рис. 2.5). Мгновенные значения напряжения / и силы тока 2 ИП совпадают по фазе. Ток в сварочной дуге начинает протекать только при напряжении зажигания U₃ через время /, (или /₃) после начала полупериода. В каждый полупериод происходит гашение дуги в течение времени /₂. Общая длительность паузы t_n в прохождении тока равна суммарной продолжительности зажигания и гашения дуги.

В момент зажигания дуги (t = /,) напряжение ИП.

где ?/_тах — наибольшее (амплитудное) напряжение ИП;/— частота переменного тока ИП.

Если допустить, что /, = /₂ = /₃, то.

Длительность паузы зависит от амплитудного значения напряжения ИП, напряжения зажигания дуги и частоты переменного тока. Согласно требованиям техники безопасности амплитудное значение напряжения ограничено (у промышленных сварочных аппаратов оно составляет не более 80 В, а у бытовых — не более 50 В).

Повышение частоты тока связано с применением специальных высокочастотных генераторов переменного тока, что экономически целесообразно только в условиях крупносерийного производства.

Наиболее эффективной является стабилизация дуги посредством уменьшения напряжения зажигания за счет применения электродов со стабилизирующими покрытиями, элементы которых имеют низкий потенциал ионизации. Повысить стабильность горения дуги можно введением в сварочную цепь индуктивного сопротивления. Последовательное включение такого сопротивления (с самоиндукцией, достаточной для подержания (/₃ на участке спада кривой напряжения источника питания) обеспечивает сдвиг фаз между сварочным током и напряжением ИП. При этом в момент гашения дуги напряжение ИП уже равно ?/₃.