Схемы источников тока
Источник, обладающий малым внутренним сопротивлением, имеет независимую (жесткую) внешнюю характеристику (?и?0). Его можно назвать источником напряжения.
Рис. 2. Схемы источников тока:
а и б — соответственно блок-схема и структурная схема источника тока с обратными связями; в — структурная схема параметрического источника тока.
Требуемый наклон внешней характеристики источника питания может быть получен различными путями, например, за счет его внутреннего активного или реактивного сопротивления либо введением обратных связей по току и напряжению.
При соответствующем подборе сопротивлений или обратных связей можно получить пологопадающую, крутопадающую (?и<0) или вертикальную внешнюю характеристику (?и?-?); в последнем случае ток источники не зависит от сопротивления нагрузки и, следовательно, от напряжения дуги. Поэтому источник, обладающий вертикальной характеристикой (рис. 2, а, б), можно назвать источником тока [17]. На рисунке введены следующие обозначения: ИН, ИТ — соответственно источники напряжения и тока; Uвх – входное напряжение; U0 – напряжение задания; Д – дуга; 1,2 – блоки обратных свіязей соответственно по току и по напряжению.
С помощью специальных нелинейных элементов (параметрических стабилизаторов тока )источник напряжения можно преобразовать в источник тока без применения обратных связей при сравнительно малых потерях в активном сопротивлении (рис. 2, в). Источники тока построенные на таких элементах, обладают сравнительно высоким к.п.д. и коэффициентом мощности (cos??).
Рациональный подбор системы источник - дуга позволяет обеспечить устойчивость горения дуги и стабильность технологического процесса.
Устойчивость горения дуги обеспечивается лишь при определенном соотношении углов наклона статических вольт-амперных характеристик дуги и источника питания. Условие устойчивости горения дуги выражается формулой
ky=?д-?и>0, (1)
Где ky – коэффициент устойчивости системы источник – дуга.
Например, при внешней характеристике источника, представленной кривой 2 (рис.1, а), дуга на участке I в точке А неустойчива, на участке II в точке В – устойчива, а при внешней характеристике 3 дуга неустойчива на участке II в точке С и устойчива лишь на участке III в точке Д. При питании дуги от источника тока (кривая 4) дуга устойчива на всех трех ее участках.
Стабильность технологического процесса определяется знаком и величиной отклонения тока при изменении напряжения дуги.
В обычных источниках питания для дуговой сварки ток уменьшается с увеличением напряжения дуги и наоборот, причем величина отклонения тока зависит от разности динамических сопротивлений дуги и источника питания (кривая 3, рис. 1, б).
При автоматической сварке плавящимся электродом такая зависимость тока от напряжения обеспечивает возможность саморегулирования длины дуги.
В дуговых процессах с не плавящимся электродом и в частности при плазменно-дуговой обработке отклонения тока при изменении напряжения дуги нежелательны, так как с ними связана нестабильность процесса расплавления обрабатываемого изделия. Имеются ввиду существенные отклонения тока, возникающие, например, при пологопадающих внешних характеристиках источника.
В плазмотронах напряжение дуги является регулируемым технологическим параметром и изменяется в широких пределах. Изменение напряжения связано с регулированием расхода, состава рабочего газа, длины дуги.
Ток является также регулируемым технологическим параметром режима плазменно-дуговой обработки. Поэтому его отклонения от установленного значения, связанные с изменением напряжения дуги, приводят к нарушению стабильности процесса. Кроме того, в плазмотронах прямого действия существенные отклонения тока могут вызвать нарушение стабильности горения дуги вследствие двойного дугообразования.
С точки зрения стабильности горения дуги и стабильности технологического процесса оптимальными внешними характеристиками источников питания плазмотронов являются крутопадающие или вертикальные. Поэтому при создании специализированных источников питания плазмотронов необходимо ориентироваться на источники тока, а не на источники напряжения.
Источник тока — сравнительно новый тип источника питания в сварочной технике. Его внешнюю вольт-амперную характеристику правильней выражать формулой Iд=f(Uд) [32, 34]. Этот на первый взгляд формальный поворот осей координат имеет определенный физический смысл. В источниках напряжения, к которым можно отнести обычные сварочные источники питания дуги, выходное напряжение находится в определенной функциональной зависимости от тока нагрузки Uи=f(Iд). Они обеспечивают устойчивость горения дуги лишь при положительном коэффициенте устойчивости (ky>0). При любой форме их внешней характеристики (падающей, независимой, возрастающей) зависимость Iд=f(Uд) получается падающей, при этом наклон ее в процессе регулирования тока произвольно изменяется. В источниках тока ток стабилизирован, т.е. огражден от воздействия внешних возмущений (колебаний напряжения дуги, питающей сети и др.). Кроме того, его величину можно независимо регулировать при любой заданной форме внешней характеристики Iд=f(Uд) (рис.14, б); возрастающей (кривая 1), независимой (кривая 2), падающей (кривая 3).
Источники тока обеспечивают устойчивое горение дуги и при отрицательном коэффициенте устойчивости ky<0. Например, при возрастающей характеристике источника тока (кривая 5, рис. 1, а) дуга с падающей статической характеристикой горит вполне устойчиво. Более того, при прямой зависимости тока от напряжения дуги устойчивость горения ее даже повышается.
Прямая зависимость Iд=f(Uд) в ряде случаев оказывается приемлемой и из технологических соображений. Например, при плазменной резке металлов больших толщин по мере проникновения столба сжатой дуги в металл ее расплавляющее воздействие даже при неизменном токе, несмотря на увеличение напряжения дуги, несколько ослабляется, рез книзу сужается. Поэтому определенное увеличение тока с ростом напряжения дуги, обеспечиваемое источником тока, позволяет получить рез с вертикальными кромками [40]. Применение источников тока с управляемыми характеристиками открывает новые технологические возможности при плазменно-дуговой сварке, плавке и других дуговых процессах.
Вернуться на Плазменная резка
