ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ
The electromagnetic processes in electrical circuit of power supply for AC arc welding and particularities of welding current regulation circuit operation were studied. The timing diagrams of currents and voltages, which visually illustrated electromagnetic processes in the circuit and the effective...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/861 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870202587341389824 |
|---|---|
| author | Сидорець, В.М. Бондаренко, Ю.В. Бондаренко, О.Ф. |
| author_facet | Сидорець, В.М. Бондаренко, Ю.В. Бондаренко, О.Ф. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "В.М. Сидорець",
"institution": "Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, вул. К. Малевича, 11, Київ, 03680, Україна"
},
{
"author": "Ю.В. Бондаренко",
"institution": "Донбаський державний технічний університет, пр. Леніна, 84, Лисичанськ, 93100, Україна"
},
{
"author": "О.Ф. Бондаренко",
"institution": "Національний технічний університет України «КПІ», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
}
] |
| author_sort | Сидорець, В.М. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-12-23T21:43:43Z |
| description | The electromagnetic processes in electrical circuit of power supply for AC arc welding and particularities of welding current regulation circuit operation were studied. The timing diagrams of currents and voltages, which visually illustrated electromagnetic processes in the circuit and the effectiveness and smoothness of regulation, were depicted. The range of variation of electronic switches opening angle was found and the diagram set of welding currents at different regulation angles was obtained. References 2, figures 2. |
| doi_str_mv | 10.15407/techned2016.06.027 |
| first_indexed | 2026-06-16T01:13:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
27 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
УДК 621.314:621.791
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ
ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ
В.М. Сидорець1, Ю.В. Бондаренко2, О.Ф. Бондаренко3
1 − Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України,
вул. К. Малевича, 11, Київ, 03680, Україна,
2 − Донбаський державний технічний університет,
пр. Леніна, 84, Лисичанськ, 93100, Україна, E-mail: bondarenko.julie@gmail.com
3 − Національний технічний університет України «КПІ»,
пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна.
Досліджено електромагнітні процеси, що відбуваються в електричному колі джерела живлення для дугового
зварювання змінним струмом, а також особливості функціонування схеми регулювання зварювального струму.
Побудовано графіки залежностей струмів та напруг від часу, які наочно ілюструють електромагнітні проце-
си у схемі та ефективність і плавність регулювання. Визначено діапазон зміни кута відкриття електронних
ключів і отримано сімейство діаграм зварювальних струмів при різних кутах регулювання. Бібл. 2, рис. 2.
Ключові слова: джерело живлення, дугове зварювання, змінний струм, електромагнітний процес.
Вступ. Нероз’ємне з’єднання металевих деталей та конструкцій шляхом зварювання широко використо-
вується в будівництві, машинобудуванні, приладобудуванні, електронній промисловості тощо. Більше 85% всього
зварювального виробництва сьогодні складає дугове зварювання. Найбільш відповідальна роль в обладнанні для
дугового зварювання належить джерелу живлення, яке має забезпечувати стабільне горіння дуги. У роботі джерел
живлення для дугового зварювання змінним струмом найбільш критичними є моменти (інтервали), коли зварюва-
льний струм дорівнює нулю [1]. Тому при побудові таких джерел перевагу надають схемним топологіям, які за-
безпечують відсутність нульових пауз струму та використовують додаткові схемні рішення для підтримування го-
ріння дуги. Зараз основним типом джерел живлення для дугового зварювання змінним струмом є джерела на ос-
нові зварювальних трансформаторів. Для дугового зварювання постійним струмом застосовуються інверторні
джерела. Перші мають перевагу з точки зору схемотехнічної простоти та надійності роботи, особливо в монтаж-
них та польових умовах, другі виграють за масогабаритними показниками.
Предметом даного дослідження є джерело живлення на базі зварювального трансформатора з розвину-
тим розсіюванням та тиристорним регулюванням струму, в якому використовується додатковий реактор та
пристрій стабілізації горіння дуги. Схема такого джерела має кращі масогабаритні показники та здатна здійс-
нювати більш ефективне і плавне регулювання струму порівняно з традиційними схемами на основі зварюваль-
них трансформаторів, де регулювання виконується механічним способом і в багатьох випадках ступенево.
Мета даної роботи – аналіз електромагнітних процесів, що відбуваються в електричних колах означеного
джерела живлення, та дослідження особливостей функціонування схеми регулювання зварювального струму.
Описання досліджуваної схеми. На рис. 1, а показано схему трансформаторного джерела живлення з ти-
ристорним регулюванням зварювального струму та додатковим реактором LR, де БК – блок керування тиристора-
ми, ПСГД – пристрій стабілізації горіння дуги. Вихід джерела підключено до дугового проміжку A. БК генерує
імпульси керування тиристорами VS1 та VS2. Регулювання зварювального струму здійснюється зміною тривалості
відкритого стану тиристорів. ПСГД при проходженні зварювального струму через нуль генерує імпульс, який
полегшує повторне запалювання дуги. Наявність у схемі ПСГД дозволяє знизити напругу холостого ходу транс-
форматора TV [2] і відповідно покращити його масогабаритні показники. На рис. 1, б представлено еквівалентну
схему силової частини джерела живлення на половині періоду струму, де e(t) – вхідна напруга; LS – індуктивність
розсіювання трансформатора; S – ключ, що симулює роботу тиристорів; UA – напруга на дузі. Дуга моделюється
джерелом ЕРС, оскільки впродовж горіння напруга на ній практично не змінюється, а її напрямок є протилежним
напрямку протікання струму в колі. Принцип роботи схеми полягає в наступному. На початковому етапі тиристо-
ри закриті, і струм протікає через реактори LS і LR. У момент часу, який визначається кутом керування, тиристор
VS1 або VS2 вмика-
ється і шунтує реак-
тор LR, що призво-
дить до збільшення
швидкості наростан-
ня струму. Через ти-
ристор продовжує
протікати струм, по-
© Сидорець В.М., Бондаренко Ю.В., Бондаренко О.Ф., 2016
Рис. 1
28 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
ки не досягне значення, яке він мав на момент ввімкнення (природна комутація). На останньому етапі струм знову
протікає через реактори LS і LR.
Математичне описання електромагнітних процесів у схемі. Диференційне рівняння, що описує елект-
ричне коло на половині періоду (рис. 1, б), представляє собою закон Кірхгофа для контуру
tUU
dt
diL mA ωsin⋅=+ , (1)
де L – індуктивність кола (сума LS і LR або тільки LS залежно від етапу роботи); Um – амплітуда вхідної напруги.
Загальний розв’язок рівняння (1) має наступний вигляд:
( ) ( ) ( ) 00000 coscos,, It
L
Ut
L
UIti Am +−−−⋅= ϕω
ω
ωϕ
ω
ϕ , (2)
де І0, φ0 – відповідно початкове значення струму та початкова фаза.
Зсув фази φ між вхідною напругою та зварювальним струмом визначимо за формулою
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅=
m
A
U
U
2
arccos πϕ . (3)
Закон зміни струму на першому етапі роботи схеми отримаємо з рішення рівняння (2) з урахуванням
того, що при початковій фазі φ0 = φ початковий струм I0 = 0
( ) ( ) ( ) ( ) ( )ϕω
ω
ωϕ
ω
−
+
−−⋅
+
= t
LL
Ut
LL
Uti
RS
A
RS
m coscos1 . (4)
Початковий струм I1 для другого етапу
( ) ( ) ( ) ( )ϕψ
ω
ψϕ
ω
−
+
−−⋅
+
=
RS
A
RS
m
LL
U
LL
UI coscos1 , (5)
де ψ – кут регулювання.
Закон зміни струму на другому етапі
( ) ( ) ( ) 12 coscos It
L
Ut
L
Uti
S
A
S
m +−−−⋅= ψω
ω
ωψ
ω
. (6)
Закон зміни струму на третьому етапі
( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) 13 coscos It
LL
Ut
LL
Uti
RS
A
RS
m ++−
+
−−+⋅
+
= ψαω
ω
ωαψ
ω
, (7)
де α – кут відкритого стану тиристора.
Рівняння для визначення кута відкритого стану тиристора α отримаємо, прирівнявши вираз для струму
i2(t) в момент (ψ + α) до значення I1
( )αψψα +−=⋅ coscos
m
A
U
U . (8)
Формули (4) і (7) є тотожними, тому для спрощення розрахунків можна користуватися (4). Викорис-
товуючи умову періодичності i(π/ω, 0, φ)=0, знаходимо кут зсуву фази φ між вхідною напругою та зварю-
вальним струмом (3).
За допомогою (4) також можна визначити діапазон зміни кута регулювання ψ. Мінімальне значення
кута ψmin = φ, а максимальне ψmax співпадає з кутом, при якому функція i1(t) має максимум. Знайшовши похідну
за часом від i1(t) та прирівнявши її до нуля, отримаємо
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=
m
A
U
Uarcsinmax πψ . (9)
Графічне представлення електромагнітних процесів у схемі. На рис. 2, а показано діаграму часу
зварювального струму на періоді, а також діаграми вхідної напруги e(t) і напруги дуги UA, на рис. 2, б − сімейс-
тво діаграм зварювального струму на половині періоду при різних значеннях кута регулювання ψ. Як видно з
рисунків, завдяки наявності додаткового реактора LR зварювальний струм не містить нульових пауз, а його
форма суттєво залежить від значення кута регулювання ψ і є доволі близькою до синусоїдальної при значеннях
кута, близьких до мінімального і максимального.
29 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
Рис. 2
Висновки. Математичні вирази, отримані в роботі, дозволили розрахувати значення зварювального
струму в досліджуваній схемі на необхідному інтервалі часу та переконатися у тому, що схема забезпечує від-
сутність нульових пауз струму. Побудоване за допомогою отриманих формул сімейство діаграм наочно проде-
монструвало залежність форми зварювального струму від значення кута регулювання, а також ефективність і
плавність регулювання. Одержані закономірності відкривають перспективу подальших досліджень інтеграль-
них характеристик зварювального струму та оцінки параметрів якості енергії, що споживається джерелом жив-
лення при роботі на електричну дугу.
1. Патон Б.Е. Сварочные источники питания с импульсной стабилизацией. – Киев.: Экотехнология, 2007. – 248 с.
2. Андрианов А.А., Сидорец В.Н. Оптимизация режимов стабилизации сварочной дуги переменного тока //
Електротехніка і електромеханіка. – 2009. – №2. – С. 5-8.
УДК 621.314: 621.791
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ИСТОЧНИКЕ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ
В.Н. Сидорец1, Ю.В. Бондаренко2, А.Ф. Бондаренко3
1 − Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины,
ул. К. Малевича, 11, Киев, 03680, Украина,
2 − Донбасский государственный технический университет,
пр. Ленина, 84, Лисичанск, 93100, Украина, E-mail: bondarenko.julie@gmail.com
3 − Национальный технический университет Украины «КПИ»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина.
Исследованы электромагнитные процессы, протекающие в электрической цепи источника питания для дуговой сварки
переменным током, а также особенности функционирования схемы регулирования сварочного тока. Построены графики
зависимостей токов и напряжений от времени, которые наглядно иллюстрируют электромагнитные процессы в схеме,
эффективность и плавность регулирования. Определен диапазон изменения угла открытия электронных ключей и получено
семейство диаграмм сварочных токов при различных углах регулирования. Библ. 2, рис. 2.
Ключевые слова: источник питания, дуговая сварка, переменный ток, электромагнитный процесс.
THE STUDY OF ELECTROMAGNETIC PROCESSES IN POWER SUPPLY FOR AC ARC WELDING
V.M. Sydorets1, Yu.V. Bondarenko2, O.F. Bondarenko3
1 − Paton Electric Welding Institute of NAS of Ukraine,
K. Malevich str., 11, Kyiv, 03680, Ukraine,
2 − Donbass State Technical University,
Lenin ave., 84, Lysychansk, 93100, Ukraine, E-mail: bondarenko.julie@gmail.com
3 − National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute»,
pr. Peremohy, 37, Kyiv, 03056, Ukraine.
The electromagnetic processes in electrical circuit of power supply for AC arc welding and particularities of welding current regulation
circuit operation were studied. The timing diagrams of currents and voltages, which visually illustrated electromagnetic processes in the
circuit and the effectiveness and smoothness of regulation, were depicted. The range of variation of electronic switches opening angle
was found and the diagram set of welding currents at different regulation angles was obtained. References 2, figures 2.
Key words: power supply, arc welding, alternative current, electromagnetic process.
1. Paton B.Ye.. Welding power supplies with pulse stabilization. – Kiev: Ekotekhnologiia, 2007. – 248 p. (Rus)
2. Andrianov A.A., Sydorets V.N. Optimization of AC welding arc stabilization modes // Elektrotekhnika i Elektromekhanika. – 2009.
– No 2. – Pp. 5–8. (Rus)
Надійшла 29.01.2016
Остаточний варіант 23.03.2016
|
| id | techned_org_ua-article-861 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:13:40Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/b2/7cdc8ee2d4e91b5f311c3d8085980cb2.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-8612022-12-23T21:43:43Z THE STUDY OF ELECTROMAGNETIC PROCESSES IN POWER SUPPLY FOR AC ARC WELDING ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ Сидорець, В.М. Бондаренко, Ю.В. Бондаренко, О.Ф. power supply arc welding alternative current electromagnetic process джерело живлення дугове зварювання змінний струм електромагнітний процес The electromagnetic processes in electrical circuit of power supply for AC arc welding and particularities of welding current regulation circuit operation were studied. The timing diagrams of currents and voltages, which visually illustrated electromagnetic processes in the circuit and the effectiveness and smoothness of regulation, were depicted. The range of variation of electronic switches opening angle was found and the diagram set of welding currents at different regulation angles was obtained. References 2, figures 2. Досліджено електромагнітні процеси, що відбуваються в електричному колі джерела живлення для дугового зварювання змінним струмом, а також особливості функціонування схеми регулювання зварювального струму. Побудовано графіки залежностей струмів та напруг від часу, які наочно ілюструють електромагнітні процеси у схемі та ефективність і плавність регулювання. Визначено діапазон зміни кута відкриття електронних ключів і отримано сімейство діаграм зварювальних струмів при різних кутах регулювання. Бібл. 2, рис. 2. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2016-10-06 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/861 10.15407/techned2016.06.027 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 6 (2016): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 027 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 6 (2016): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 027 2218-1903 1607-7970 10.15407/techned2016.06 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/861/738 Авторське право (c) 2022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | джерело живлення дугове зварювання змінний струм електромагнітний процес Сидорець, В.М. Бондаренко, Ю.В. Бондаренко, О.Ф. ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ |
| title | ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ |
| title_alt | THE STUDY OF ELECTROMAGNETIC PROCESSES IN POWER SUPPLY FOR AC ARC WELDING |
| title_full | ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ |
| title_fullStr | ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ |
| title_full_unstemmed | ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ |
| title_short | ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ У ДЖЕРЕЛІ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ ЗМІННИМ СТРУМОМ |
| title_sort | дослідження електромагнітних процесів у джерелі живлення для дугового зварювання змінним струмом |
| topic | джерело живлення дугове зварювання змінний струм електромагнітний процес |
| topic_facet | power supply arc welding alternative current electromagnetic process джерело живлення дугове зварювання змінний струм електромагнітний процес |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/861 |
| work_keys_str_mv | AT sidorecʹvm thestudyofelectromagneticprocessesinpowersupplyforacarcwelding AT bondarenkoûv thestudyofelectromagneticprocessesinpowersupplyforacarcwelding AT bondarenkoof thestudyofelectromagneticprocessesinpowersupplyforacarcwelding AT sidorecʹvm doslídžennâelektromagnítnihprocesívudžerelíživlennâdlâdugovogozvarûvannâzmínnimstrumom AT bondarenkoûv doslídžennâelektromagnítnihprocesívudžerelíživlennâdlâdugovogozvarûvannâzmínnimstrumom AT bondarenkoof doslídžennâelektromagnítnihprocesívudžerelíživlennâdlâdugovogozvarûvannâzmínnimstrumom AT sidorecʹvm studyofelectromagneticprocessesinpowersupplyforacarcwelding AT bondarenkoûv studyofelectromagneticprocessesinpowersupplyforacarcwelding AT bondarenkoof studyofelectromagneticprocessesinpowersupplyforacarcwelding |