Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока
Рассмотрены особенности применяемых способов импульсной стабилизации горения сварочной дуги. Предложен принципиально новый подход и схемное решение импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока. Peculiarities of the methods used for pulse stabilisation of the welding arc are cons...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101089 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока / И.И. Заруба, В.В. Андреев, А.Ф. Шатан, Г.Н. Москович, В.А. Халиков // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 51-53. — Бібліогр.: 3 — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859855025757487104 |
|---|---|
| author | Заруба, И.И. Андреев, В.В. Шатан, А.Ф. Москович, Г.Н. Халиков, В.А. |
| author_facet | Заруба, И.И. Андреев, В.В. Шатан, А.Ф. Москович, Г.Н. Халиков, В.А. |
| citation_txt | Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока / И.И. Заруба, В.В. Андреев, А.Ф. Шатан, Г.Н. Москович, В.А. Халиков // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 51-53. — Бібліогр.: 3 — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрены особенности применяемых способов импульсной стабилизации горения сварочной дуги. Предложен принципиально новый подход и схемное решение импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока.
Peculiarities of the methods used for pulse stabilisation of the welding arc are considered. The fundamentally new approach and design of the pulse stabiliser of the AC welding arc are offered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:42:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.03-52
НОВЫЙ ТИП ИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛИЗАТОРА ГОРЕНИЯ
СВАРОЧНОЙ ДУГИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
И. И. ЗАРУБА, д-р техн. наук, В. В. АНДРЕЕВ, канд. техн. наук, А. Ф. ШАТАН, Г. Н. МОСКОВИЧ, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
В. А. ХАЛИКОВ, канд. техн. наук (Ин-т электродинамики НАН Украины)
Рассмотрены особенности применяемых способов импульсной стабилизации горения сварочной дуги. Предложен
принципиально новый подход и схемное решение импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного
тока.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, дуговой разряд,
горение дуги, импульсная стабилизация, сварочный транс-
форматор
При электродуговой сварке плавящимся и неп-
лавящимся (вольфрамовым) электродами на пе-
ременном токе промышленной частоты (50 Гц)
наблюдается нарушение устойчивости горения дуги
при изменении полярности электродов. Для прео-
доления этого недостатка на практике часто ис-
пользуют импульсные стабилизаторы горения ду-
ги различного типа, принцип действия которых
заключается в том, что они передают в разрядный
промежуток дополнительный импульс энергии в
момент перехода напряжения и тока через нулевое
значение, благодаря чему замедляется деиониза-
ция газа в промежутке и облегчается последу-
ющее зажигание дуги [1].
Энергия для импульса у большинства импуль-
сных стабилизаторов заблаговременно накапли-
вается в конденсаторах, которые заряжаются спе-
циальными источниками тока. Эти источники бы-
вают автономными или выполняются в виде до-
полнительных обмоток на магнитопроводе основ-
ного сварочного трансформатора. Накопительная
емкость (конденсатор) и источник питания для
нее являются основными узлами импульсных ста-
билизаторов горения дуги, применяемых в насто-
ящее время в промышленности. Они определяют
конструкцию и стоимость этих устройств.
Между тем импульсную стабилизацию горения
дуги без применения зарядных устройств и нако-
пительных емкостей можно обеспечить, исполь-
зовав энергию собственно сварочного контура, не
нанося при этом ущерба технологическому процес-
су. В основу такого способа положено использова-
ние ЭДС самоиндукции, которая возникает при раз-
рыве сварочного контура быстродействующим ком-
мутатором и совпадает по направлению с напря-
жением основного источника питания и складыва-
ется с ним, благодаря чему обеспечивается дуговой
разряд между электродом и изделием и поддер-
живается надежное горение дуги.
Впервые проверка предложенного принципа и
устройства [2] импульсной стабилизации горения
дуги была осуществлена в ИЭС им. Е. О. Патона
применительно к возбуждению малоамперной ду-
ги при микроплазменной сварке. К источнику пи-
тания для микроплазменной сварки, состоящему
(рис. 1) из трансформатора 1, выпрямительного
моста 2 и сглаживающего дросселя 3 подключали
вакуумное электромагнитное реле 4, обмотку ко-
торого последовательно со стабилитроном 5 и ди-
нистором 6 соединяли с выходными клеммами
выпрямительного моста. Контакт 7 электромаг-
нитного реле включен параллельно дуговому про-
межутку 8. Когда дуга не горит, напряжение на
разрядном промежутке 8 и контакте 7 равно нап-
ряжению холостого хода источника питания. Это-
го напряжения недостаточно для пробоя проме-
жутка. Импульс напряжения будет получен, если
на некоторое время замкнуть контакт 7, а затем
быстро его разомкнуть. Образовавшаяся при этом
ЭДС самоиндукции, имеющая то же направление,
что и напряжение источника питания, складыва-
ется с последним. На разрядном промежутке
(между электродом и изделием) появляется им-
пульс напряжения, обеспечивающий пробой и за-
жигание дуги. Значение высоковольтного импуль-
© И. И. Заруба, В. В. Андреев, А. Ф. Шатан, Г. Н. Москович, В. А. Халиков, 2012
Рис. 1. Схема устройства импульсной стабилизации горения
дуги [2]: 1–10 — см. в тексте
2/2012 51
са регулируется с помощью резистора 10. Кон-
денсатор 9 способствует сохранению контактов
реле от подгорания, увеличивает срок службы ус-
тройства. В зависимости от напряжения на выходе
источника стабилитрон 5 и динистор 6 автомати-
чески включают и отключают реле 4. В момент
обрыва дуги напряжение на выходе выпрямителя
2 станет равным напряжению холостого хода, что
вызовет включение стабилитрона 5 и динистора
6. Реле 4 включится и замкнет контакт 7. В цепи
появится ток, значение которого зависит от соп-
ротивления резистора 10. Напряжение на выходе
выпрямителя 2 уменьшится до значения, обеспе-
чивающего открытие реле 4, которое разомкнет
контакт 7. Возникающий при размыкании кон-
такта импульс напряжения пробьет разрядный
промежуток 8. Зажжется сварочная дуга, питаю-
щаяся от трансформатора 1 и выпрямителя 2, нап-
ряжение на разрядном промежутке снизится до
значения, при котором реле 4 не может вклю-
читься. При обрыве сварочной дуги цикл повто-
ряется автоматически. Результаты эксперимента
подтвердили работоспособность предложенного
принципа импульсной стабилизации горения дуги
и целесообразность его практического примене-
ния, например, при микроплазменной сварке, т. е.
сварке на постоянном токе. Было обеспечено на-
дежное начальное зажигание дуги и ее восстанов-
ление при случайных обрывах. Между тем особое
значение приобретает надежное начальное и пов-
торные зажигания дуги при сварке на переменном
токе промышленной частоты (50 Гц), когда дуга
зажигается и гаснет 100 раз в секунду. Описанное
устройство не может быть использовано при свар-
ке на переменном токе, так как в нем не предус-
мотрена реакция на изменение полярности элек-
тродов. Кроме того, во многих случаях напряже-
ние импульса не достигает требуемого значения
в связи с недостаточной скоростью размыкания
электрической цепи контактами реле.
Перед авторами статьи была поставлена задача
создания устройства для стабилизации горения
сварочной дуги на переменном токе с частотой
50 Гц, которое не требовало бы специальных ис-
точников питания с зарядным конденсатором и
обеспечивало передачу в разрядный промежуток
достаточно мощного импульса энергии в моменты
начального возбуждения дуги, смены полярности
на электроде и при случайных обрывах дуги.
Для этого разработан ключ, срабатывающий
(замыкающий и размыкающий цепи вторичной
обмотки трансформатора) в течение нескольких
микросекунд, который обеспечивает при размы-
кании необходимую скорость изменения тока.
Ключ собран на основе высоковольтного тран-
зистора типа ВU508DF с высокой скоростью сра-
батывания. Поскольку при размыкании ключа
ЭДС самоиндукции, возникающей во вторичной
цепи сварочного трансформатора, достигала нес-
кольких киловольт, для защиты от перенапряже-
ний параллельно силовому транзистору подклю-
чили два супрессора (1,5КЕ440А), ограничиваю-
щих напряжение на нем значением 880 В. Осу-
ществлялась также токовая защита транзистора.
Если падение напряжения на резисторе в цепи
транзистора превышало заданное значение 1,4 В,
контроллер принудительно запирал силовой тран-
зистор. Кроме того, контроллер позволяет также
регулировать и выбирать целый ряд параметров
устройства (количество импульсов зажигания и
стабилизации, длительность тех и других, дли-
тельность пауз между ними и др.).
Сущность нового устройства [3] для начального
и повторных зажиганий сварочной дуги перемен-
ного тока и стабилизации ее горения состоит в том,
что в его схему введен добавочный узел комму-
тации, обеспечивающий повторное включение и
выключение транзистора через заранее установлен-
ный промежуток времени. Срабатывание устройст-
ва происходит в момент изменения полярности. За
импульсом, который посылается в этот момент, сле-
дует повторный импульс через заранее установлен-
ный интервал времени.
На рис. 2 представлена структурная схема ус-
тройства, подключаемого параллельно сварочно-
му трансформатору 1 и разрядному промежутку
— сварочной дуге 8. В состав схемы входят вып-
рямительный мост 2, высоковольтный силовой
транзистор 3 и блок управления 4, состоящий из
формирователя импульсов 5, узла задержки 6, узла
синхронизации 7. Дополнительные элементы схе-
мы (защита от перенапряжений, регулировка тока
импульса, его длительность и др.) здесь не при-
водятся. Схема обеспечивает слежение за напря-
жением на разрядном промежутке и в момент сме-
ны полярности выдает управляющий сигнал на
включение и выключение высоковольтного тран-
зистора. Сигнал состоит из двух частей, следую-
щих одна за другой с промежутком времени, ко-
торый установлен оператором. В нашем случае
он составляет четвертую часть периода перемен-
ного тока частотой 50 Гц.
За время действия управляющего сигнала си-
ловой высоковольтный транзистор срабатывает
(включается и выключается в течение нескольких
Рис. 2. Структурная схема устройства, подключаемого к сва-
рочному трансформатору для возбуждения и стабилизации
горения дуги переменного тока: 1–8 — см. в тексте
52 2/2012
микросекунд), что приводит к возникновению пе-
ренапряжения на разрядном промежутке, его про-
бою и зажиганию сварочной дуги. Если при этом
напряжение источника питания возрастает до тре-
буемого значения (напряжения зажигания — Uз),
то дуга надежно продолжает гореть в течение всей
части полупериода. В противном случае горение
дуги устанавливается действием второго импульса,
который следует через 1/4 периода и почти совпа-
дает с максимальным значением напряжения ис-
точника питания, за счет чего обеспечивается на-
дежное возбуждение и дальнейшее горение дуги.
При включении сварочного трансформатора 1
на его выходных клеммах, а также на разрядном
промежутке 8 появляется напряжение холостого
хода Uх.х, изменяющееся по синусоидальному за-
кону. В момент достижения нулевого значения
(Uх.х = 0) блок управления 4 включает в работу
высоковольтный транзистор 3, что приводит к по-
явлению перенапряжения, пробою разрядного
промежутка 8 и зажиганию дуги. Если энергия
импульса или напряжение источника питания в
этот момент будут недостаточными для поддер-
жки дугового разряда, то стабильное зажигание ду-
ги обеспечивается вторым импульсом, который по-
явится в момент, близкий к максимальному напря-
жению источника питания. Блок управления неп-
рерывно следит за напряжением дуги и управляет
подачей импульсов энергии в разрядный промежу-
ток при изменении полярности.
Нарушение стабильности процесса сварки мо-
жет быть вызвано не только изменением поляр-
ности, но и обрывами дуги и другими причинами.
Предложенное устройство позволяет восстано-
вить горение дуги и в этих случаях. Время вос-
становления зависит от того, в какой момент пе-
риода произойдет обрыв дуги. Включение тран-
сформатора в начале процесса происходит в лю-
бой момент периода, но коммутатор срабатывает
только при изменении полярности. Дуга сразу мо-
жет и не возбудиться, так как в начале процесса
в сварочном контуре еще не накоплено достаточ-
но энергии. При этом разрядный промежуток не
имеет остаточной ионизации и напряжение на нем
в этот момент может быть равно нулю. Однако
следующий за первым через четверть периода
(время установлено оператором) второй импульс,
совпадающий с максимальным значением напря-
жения холостого хода и суммирующийся с ним,
обеспечит надежное зажигание дуги. Отметим,
что появление импульса энергии при горении дуги
не окажет заметного влияния на процесс сварки
в связи с кратковременностью действия импульса.
Если обрыв дуги произойдет в первой четверти
периода, то ее легко восстановить благодаря им-
пульсу, следующему за первым через четверть пе-
риода и совпадающему с амплитудным значением
напряжения холостого хода. Зажигание дуги нес-
колько затянется, если ее обрыв произойдет в час-
ти периода на спаде синусоиды напряжения. Она
может не возбудиться при смене полярности, но
зажжется вторым импульсом, также суммирую-
щимся с максимумом напряжения холостого хода.
Новые импульсные устройства (рис. 3) уже
нашли промышленное применение в качестве ста-
билизаторов дуги переменного тока и осциллято-
ров при аргонодуговой сварке и в других случаях.
1. Сварочные источники питания с импульсной стабилиза-
цией горения дуги / Б. Е. Патон, И. И. Заруба, В. В. Ды-
менко, А. Ф. Шатан. — Киев: Екотехнологія, 2008. —
248 с.
2. А. с. 427805. Устройство для возбуждения и питания ма-
ломощной дуги / В. М. Лобачев, И. И. Заруба, В. Д. Ше-
лягин, В. К. Мохнач. — Приор. от 15.02.1971; опубл.
15.05.74, Бюл. № 18.
3. Пат. Україна 62596. Пристрій для початкового та пов-
торних запалювань зварювальної дуги змінного струму /
Б. Є. Патон, І. І. Заруба, В. В. Андреєв та ін. — Опубл.
12.09.2011, Бюл. № 17.
Peculiarities of the methods used for pulse stabilisation of the welding arc are considered. The fundamentally new
approach and design of the pulse stabiliser of the AC welding arc are offered.
Поступила в редакцию 25.10.2011
Рис. 3. Внешний вид лицевой (а) и
тыльной (б) сторон платы импульсного
стабилизатора сварочной дуги перемен-
ного тока
2/2012 53
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101089 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:42:58Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Заруба, И.И. Андреев, В.В. Шатан, А.Ф. Москович, Г.Н. Халиков, В.А. 2016-05-30T19:15:23Z 2016-05-30T19:15:23Z 2012 Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока / И.И. Заруба, В.В. Андреев, А.Ф. Шатан, Г.Н. Москович, В.А. Халиков // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 51-53. — Бібліогр.: 3 — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101089 621.791.03-52 Рассмотрены особенности применяемых способов импульсной стабилизации горения сварочной дуги. Предложен принципиально новый подход и схемное решение импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока. Peculiarities of the methods used for pulse stabilisation of the welding arc are considered. The fundamentally new approach and design of the pulse stabiliser of the AC welding arc are offered. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока New type of pulsed stabilizer of a.c. welding arc burning Article published earlier |
| spellingShingle | Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока Заруба, И.И. Андреев, В.В. Шатан, А.Ф. Москович, Г.Н. Халиков, В.А. Производственный раздел |
| title | Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока |
| title_alt | New type of pulsed stabilizer of a.c. welding arc burning |
| title_full | Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока |
| title_fullStr | Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока |
| title_full_unstemmed | Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока |
| title_short | Новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока |
| title_sort | новый тип импульсного стабилизатора горения сварочной дуги переменного тока |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101089 |
| work_keys_str_mv | AT zarubaii novyitipimpulʹsnogostabilizatoragoreniâsvaročnoidugiperemennogotoka AT andreevvv novyitipimpulʹsnogostabilizatoragoreniâsvaročnoidugiperemennogotoka AT šatanaf novyitipimpulʹsnogostabilizatoragoreniâsvaročnoidugiperemennogotoka AT moskovičgn novyitipimpulʹsnogostabilizatoragoreniâsvaročnoidugiperemennogotoka AT halikovva novyitipimpulʹsnogostabilizatoragoreniâsvaročnoidugiperemennogotoka AT zarubaii newtypeofpulsedstabilizerofacweldingarcburning AT andreevvv newtypeofpulsedstabilizerofacweldingarcburning AT šatanaf newtypeofpulsedstabilizerofacweldingarcburning AT moskovičgn newtypeofpulsedstabilizerofacweldingarcburning AT halikovva newtypeofpulsedstabilizerofacweldingarcburning |