Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги
Предложено схемное решение устройства формирования повышенного напряжения, позволяющего облегчить зажигание и стабилизировать горение сварочной дуги постоянного/переменного тока. Устройство работает по алгоритму Lift-Arc и обеспечивает поджиг дуги с минимально необходимой энергией за счет ограничени...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147532 |
| 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: | Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги / В.В. Бурлака, С.В. Гулаков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 11 (758). — С. 48-51. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-147532 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1475322019-02-16T01:25:58Z Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги Бурлака, В.В. Гулаков, С.В. Производственный раздел Предложено схемное решение устройства формирования повышенного напряжения, позволяющего облегчить зажигание и стабилизировать горение сварочной дуги постоянного/переменного тока. Устройство работает по алгоритму Lift-Arc и обеспечивает поджиг дуги с минимально необходимой энергией за счет ограничения скорости роста напряжения на дуговом промежутке. Для безопасности эксплуатации также введено ограничение времени действия повышенного напряжения. За счет применения современной элементной базы удалось упростить электрическую схему устройства стабилизации дуги при сохранении высоких потребительских качеств. The circuit design of the device for formation of increased voltage was proposed, providing facilitation of ignition and stabilization of welding arc burning at direct/alternating current. The device operates according to the algorithm Lift-Arc and provides ignition of the arc at a minimum required power due to limitation of rate of voltage growth at the arc gap. For safe operation the time limit for action of higher voltage was also introduced. Due to application of the advanced elementary base it was possible to simplify the electric circuit of the device for arc stabilization at maintaining the high consumer properties. 2016 Article Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги / В.В. Бурлака, С.В. Гулаков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 11 (758). — С. 48-51. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.11.07 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147532 621.341.572 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Бурлака, В.В. Гулаков, С.В. Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги Автоматическая сварка |
| description |
Предложено схемное решение устройства формирования повышенного напряжения, позволяющего облегчить зажигание и стабилизировать горение сварочной дуги постоянного/переменного тока. Устройство работает по алгоритму Lift-Arc и обеспечивает поджиг дуги с минимально необходимой энергией за счет ограничения скорости роста напряжения на дуговом промежутке. Для безопасности эксплуатации также введено ограничение времени действия повышенного напряжения. За счет применения современной элементной базы удалось упростить электрическую схему устройства стабилизации дуги при сохранении высоких потребительских качеств. |
| format |
Article |
| author |
Бурлака, В.В. Гулаков, С.В. |
| author_facet |
Бурлака, В.В. Гулаков, С.В. |
| author_sort |
Бурлака, В.В. |
| title |
Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги |
| title_short |
Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги |
| title_full |
Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги |
| title_fullStr |
Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги |
| title_full_unstemmed |
Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги |
| title_sort |
устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147532 |
| citation_txt |
Устройство для возбуждения и стабилизации сварочной дуги / В.В. Бурлака, С.В. Гулаков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 11 (758). — С. 48-51. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT burlakavv ustrojstvodlâvozbuždeniâistabilizaciisvaročnojdugi AT gulakovsv ustrojstvodlâvozbuždeniâistabilizaciisvaročnojdugi |
| first_indexed |
2025-07-11T02:24:06Z |
| last_indexed |
2025-07-11T02:24:06Z |
| _version_ |
1837315556486676480 |
| fulltext |
П ОИЗВО С ВЕНН АЗ ЕЛ
48 SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
УДК 621.341.572
Устройство Для возбУжДения и стабилизаЦии
свароЧной ДУги
В. В. БУРЛАКА, С. В. ГУЛАКОВ
гвУз «приазовский государственный технический университет» (пгтУ).
87500, г. мариуполь, ул. Университетская, 7. E-mail: office@pstu.edu
предложено схемное решение устройства формирования повышенного напряжения, позволяющего облегчить зажигание
и стабилизировать горение сварочной дуги постоянного/переменного тока. Устройство работает по алгоритму Lift-Arc
и обеспечивает поджиг дуги с минимально необходимой энергией за счет ограничения скорости роста напряжения
на дуговом промежутке. Для безопасности эксплуатации также введено ограничение времени действия повышенного
напряжения. за счет применения современной элементной базы удалось упростить электрическую схему устройства
стабилизации дуги при сохранении высоких потребительских качеств. библиогр 10, рис. 5.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электрическая дуга, сварка, поджиг дуги, стабилизация горения дуги, сварочный инвертор,
напряжение холостого хода
при ручной дуговой сварке покрытым электро-
дом, а также сварке в среде инертного газа (миг),
в том числе неплавящимся электродом (тиг),
возникает необходимость, во-первых, облегчить
инициирование дугового разряда, во-вторых, ста-
билизировать процесс горения дуги. при питании
от сети переменного тока повторное возбуждение
дуги должно происходить после каждого перехо-
да напряжения источника через ноль. Кроме того,
при сварке тиг желательно ограничить энергию,
которая выделяется при пробое дугового проме-
жутка, так как при повышенной энергии разряда
имеет место эрозия неплавящегося электрода, что
сокращает его срок службы. поэтому актуальной
является задача создания устройства стабилиза-
ции дуги, которое реализует возбуждение дуги
при минимально необходимой энергии разряда
и обеспечит стабильное горение дуги в процессе
сварки.
при ручной дуговой сварке электродами на по-
стоянном токе с питанием от инверторного источ-
ника возникают проблемы с зажиганием и удер-
жанием дуги (дуга горит неустойчиво, электрод
часто «залипает»). причина — низкое напряжение
холостого хода Uх.х инверторных источников для
дуговой сварки. так, для источников, выполнен-
ных по мостовой схеме, Uх.х составляет 60…65 в;
для источников на основе прямоходового преобра-
зователя Uх.х составляет 50…60 в (импульсы ам-
плитудой порядка 100 в и скважностью 0,5).
«Классические» устройства стабилизации дуги
содержат повышающий трансформатор, искро-
вой генератор с разрядником и высокочастотным
(широкополосным) трансформатором, вторичная
обмотка которого включена последовательно или
параллельно с дуговым промежутком [1–4]. такая
схема позволяет сформировать высоковольтные
импульсы на дуговом промежутке и обеспечить
поджиг дуги. К ее недостаткам следует отнести
большие габариты и массу трансформаторов,
сложность управления энергией импульсов, ши-
рокий спектр генерируемых электромагнитных
помех, небольшой срок службы разрядника и не-
обходимость его периодической замены.
в работах [5–8] описаны устройства стабили-
зации дуги, в которых применены бесконтактные
коммутирующие элементы — транзисторы и ти-
ристоры. Это позволяет значительно повысить на-
дежность сварочного оборудования, оснащенного
такими устройствами, и получить возможность
управления характеристиками поджигающих им-
пульсов в широких пределах.
в работе [9] предложено устройство стабили-
зации дуги, позволяющее регулировать энергию
возбуждения дуги за счет изменения напряжения
питания резонансных цепей. в схему устройства
введены дополнительный регулируемый источник
повышенного напряжения постоянного тока, две
резонансные цепи с соответствующими схемами
управления. Это приводит к усложнению схемы,
повышению потерь энергии и ухудшает потреби-
тельские качества устройства.
в работе [10] предложен способ увеличения
интенсивности плазмообразования за счет при-
менения нескольких резонансных цепочек, рабо-
тающих со сдвигом фазы и нагруженных на об-
щий высокочастотный трансформатор. однако
применение в устройствах в качестве ключевых
элементов незапираемых тиристоров не позволя-
ет повысить рабочую частоту, упростить схему и
улучшить массогабаритные характеристики ста-
билизатора дуги [9, 10].
© в. в. бурлака, с. в. гулаков, 2016
П ОИЗВО С ВЕНН АЗ ЕЛ
49SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
авторами разработано устройство стабили-
зации дуги, включающееся последовательно с
электродом и позволяющее формировать на по-
следнем повышенное напряжение. Устройство не
требует отдельного источника питания (питает-
ся от сварочного источника), позволяет повысить
стойкость неплавящегося электрода при сварке
тиг за счет ограничения скорости роста напря-
жения на нем и возбуждения дуги с минимально
необходимой для этого энергией, повысить про-
должительность периода поддержки повышенно-
го напряжения на электроде при ручной дуговой
сварке и облегчить процесс инициирования дуги.
в основу положен принцип получения повы-
шенного напряжения за счет «накачки» после-
довательного резонансного контура от управ-
ляемого источника переменного напряжения с
изменяемой частотой. в качестве последнего ис-
пользован коммутационный блок на полевых
транзисторах, управляемый от однокристального
микроконтроллера.
на рис. 1 приведена блок-схема, на рис. 2 —
принципиальная электрическая схема разработан-
ного устройства стабилизации дуги.
при включении источника питания конден-
сатор С2 (см. рис. 1) заряжается через диод-
ный мост VD1 до напряжения холостого хода
источника.
в случае ручной дуговой сварки возбуждение
дуги осуществляется после короткого замыкания
(Кз) электрода на изделие (функция Lift-Arc). про-
грамма управления отслеживает напряжение на
выходе источника. при Кз напряжение становится
близким к нулю. в это время питание схемы обеспе-
чивает заряженный конденсатор С2.
при отводе электрода от изделия Кз исчезает,
на выходе источника питания появляется напря-
жение. в это время начинает работу коммутаци-
онный блок, образованный ключами S1, S2. он
работает со скважностью 50 % и переменной ча-
стотой. работа начинается с максимальной часто-
ты, которая значительно превышает резонансную
частоту контура L2C1. по мере снижения выход-
ной частоты коммутационного блока растет ток
контура L2C1 и напряжение на дросселе L1. Далее
возможны два варианта развития событий:
при некотором напряжении на L1 происходит
инициирование дуги. при этом напряжение на
выходе источника питания снижается до величи-
ны напряжения на дуговом промежутке, система
управления блокирует работу ключей S1, S2. так
обеспечивается «мягкий» поджиг дуги.
при достижении необходимого (максимально-
го) тока «накачки» контура L2C1 снижение часто-
ты останавливается, система переходит в устано-
вившийся режим. Для обеспечения безопасного
пользования устройством высокое напряжение на
выходе поддерживается только в течение задан-
ной выдержки времени, после чего работа ключей
S1, S2 блокируется.
работа на частотах выше частоты последователь-
ного резонанса контура L2C1 обеспечивает «мягкое»
включение силовых ключей из-за индуктивного ха-
рактера входного импеданса контура, что позволяет
применить в качестве ключей полевые транзисторы,
характеризующиеся относительно большим време-
нем обратного восстановления инверсного диода.
рис. 1. блок-схема устройства стабилизации дуги
рис. 2. принципиальная электрическая схема устройства стабилизации дуги
П ОИЗВО С ВЕНН АЗ ЕЛ
50 SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
в случае сварки тиг работа системы аналогич-
на, отличаются только параметры контура L2C1 (не-
обходимо обеспечивать повышенное напряжение по
сравнению с ручной дуговой сваркой). инициирова-
ние дуги происходит после каждого перехода напря-
жения источника питания через ноль.
Элементы VD1, C2 также защищают выход
источника питания от попадания высокого напря-
жения с дросселя L1.
в практической реализации устройства ста-
билизации дуги для ручной дуговой сварки (см.
рис. 2) ключи S1, S2 выполнены на MOSFET тран-
зисторах STP19NF20, диодный мост VD1 типа
KBPC810, конденсаторы С1 0,1 мкФ×1000 в, С2
220 мкФ×160 в. Дроссель намотан на сердечнике
ETD59/31/22 с немагнитным зазором 0,4 мм для
линеаризации вебер-амперной характеристики. L1
имеет 14 витков, L2 — 12 витков.
максимальный ток накачки контура определя-
ется сопротивлением резисторов R12, R13 и на-
пряжением отпирания транзистора VT2, которое
составляет примерно 0,6 в. Для приведенных на
схеме номиналов амплитуда тока в контуре может
достигать 12 а.
Формирование управляющих импульсов
для транзисторов ключей S1, S2 осуществляет-
ся с помощью специализированного драйвера
IR2109 от однокристального микроконтроллера
ATTINY13A. Частота переключения может ме-
няться от 18,8 до 72,0 кгц. резонансная частота
контура L2C1 составляет более 42 кгц.
Для уменьшения дискретности изменения вы-
ходной частоты в управляющей программе реа-
лизовано деление тактовой частоты контроллера
(4,8 мгц) на дробный коэффициент. Для этого ис-
пользован программный сигма-дельта модулятор,
структурная схема которого приведена на рис. 3,
где K* — требуемый коэффициент деления (мо-
жет быть дробным); K — фактический коэффици-
ент деления (целочисленный).
работа алгоритма приводит к тому, что величи-
на коэффициента K изменяется с некоторым пери-
одом таким образом, что среднее значение K стре-
мится к заданному K*.
на рис. 4 приведена осциллограмма выходного
напряжения устройства при отсутствии дуги. пе-
риодические колебания амплитуды объясняются
работой алгоритма формирования дробного коэф-
фициента деления.
амплитуда напряжения на электроде при рабо-
те устройства превышает 300 в, что обеспечивает
легкий поджиг дуги при ручной дуговой сварке.
выдержка времени на инициирование дуги уста-
новлена порядка 1 с, в соответствии с требования-
ми ДстУ 2456–94.
внешний вид устройства приведен на рис. 5.
применение предлагаемого устройства стаби-
лизации дуги позволяет повысить стабильность
качества сварных соединений, повысить стой-
рис. 3. структурная схема алгоритма реализации дробного
коэффициента деления
рис. 4. осциллограмма выходного напряжения (100 в/дел;
40 мкс/дел)
рис. 5. внешний вид устройства стабилизации дуги
П ОИЗВО С ВЕНН АЗ ЕЛ
51SS 0005-111 АВ ОМА И ЕСКА СВА КА, 11 (758), 2016
кость неплавящегося электрода (при сварке тиг)
и облегчить процесс начального инициирования
дуги при ручной дуговой сварке, особенно при ис-
пользовании сварочных электродов постоянного
тока.
1. солодский с. а. источники питания для дуговой свар-
ки / с. а. солодский, о. г. брунов, Д. п. ильященко. –
томск: изд-во томского политехнического университета,
2012.
2. оборудование для дуговой сварки: справочное пособие /
с. м. белинский, а. Ф. гарбуль, в. г. гусаковский [и др.];
под ред. в. в. смирнова. – л.: Энергоатомиздат, 1986. –
656 с.
3. андрианов а. а. оптимизация режимов стабилизации
сварочной дуги переменного тока / а. а. андрианов,
в. н. сидорец // електротехніка і електромеханіка. –
2009. – № 2. – с. 5–8.
4. махлин н. м. анализ и методика расчета электронных
устройств последовательного включения для бесконтакт-
ного возбуждения дуги / н. м. махлин, а. е. Коротын-
ский // автоматическая сварка. – 2014. – № 1. – с. 34–44.
5. сварочные источники питания с импульсной стабили-
зацией горения дуги / б. е. патон, и. и. заруба, в. в.
Дыменко [и др.]. – К.: екотехнологія, 2007. – 218 с.
6. махлин н. м. асинхронные возбудители и стабилизато-
ры дуги: анализ и методы расчета. Часть 1 / н. м. мах-
лин, а. е. Коротынский // автоматическая сварка. – 2015.
– № 3-4. – с. 25–36.
7. махлин н. м. асинхронные возбудители и стабилизато-
ры дуги: анализ и методы расчета. Часть 2 / н. м. мах-
лин, а. е. Коротынский // автоматическая сварка. – 2015.
– № 7. – с. 28–40.
8. махлин н. м. особенности бесконтактных возбуждений
дуги переменного тока // автоматическая сварка. – 2015.
– № 10. – с. 30-37.
9. пат. 109334 України, мпК B23K 9/067 (2006.01), B23K
9/073 (2006.01). пристрій для збудження та стабілізації
процесу горіння дуги змінного струму / н. м. махлін,
о. Є. Коротинський, м. І. скопюк; № а 2014 00292; за-
явл. 14.01.2014; опубл. 10.08.2015, бюл. № 15. – 15 с.
10. пат. 86432 України, мпК B23K 9/00 (2009). Імпульсне
джерело плазми / о. Є. Коротинський, м. І. скопюк;–
№ а 200702160; заявл. 28.02.2007; опубл. 27.04.2009,
бюл. № 8. – 5 с.
поступила в редакцию 05.09.2016
|