Главная | Обратная связь

Принципиальная устойчивость системы «источник-дуга»

Дуговой разряд называется устойчивым, если он существует непрерывно в течение длительного времени без обрывов и коротких замыканий. Поэтому в качестве непосредственного критерия для оценки устойчивости можно принять частоту обрывов дуги или количество обрывов при полном расплавлении одного электрода. Устойчивость зависит как от технологических, так и электрических характеристик процесса.

Понятие принципиальной устойчивости поясним на основе анализа электрических процессов в системе «источник-дуга» в случае малого возмущения по длине дуги Δl_Д=l_Д2- l_Д1 (рис. 2.12). Рассмотрим процессы при сварке неплавящимся электродом от источника постоянного тока без обратных связей с индуктивностью L в цепи. Это облегчает анализ, поскольку при сварке неплавящимся электродом отсутствуют саморегулирование по плавлению электрода и капельный перенос. Будем также пренебрегать динамическими свойствами дуги и источника, что позволяет при анализе электрических процессов воспользоваться статическими характеристиками дуги U_Д = f (I_Д) и источника U_И = f (I_Д)(рис. 2.13,а). Система «источник-дуга» равновесна в точках А и В пересечения характеристик. Действительно, в этих точках наблюдается равенство токов и напряжений дуги и источника, а следовательно, и равенство энергии, выделяемой источником и потребляемой дугой. Следует выяснить, устойчиво ли это равновесие, например, в точке В.

 

 

Рис. 2.12.Система «источник-дуга» при малом возмущении по длине дуги

При резком, но малом удлинении дуги Δ l_Д (рис. 2.13,а) также скачком увеличится напряжение дуги в соответствии с уравнением (2.7):

 

 

а характеристика дуги вверх на Δ U_Д в положение Δ U_Д2=f (I_Д). В этот момент состояние дуги отражается точкой В₁, аисточника — по-прежнему точкой В, т. е. равновесие в системе нарушилось. Как видно, напряжение дуги U_ДВ1 для этого случая выше, чем напряжение источника U_ИВ. Увеличение напряжения дуги вызвано увеличением ее сопротивления R_Д, что должно привести к снижению сварочного тока Iд.

 

Рис. 2.13.К оценке устойчивости при малом возмущении по длине дуги: а — Δ l_Д > 0; б — Δ l_Д < 0

Пренебрегая динамическими свойствами дуги и источника, можно считать, что точка, соответствующая параметрам дуги, станет перемещаться из положения В₁ в В₂, а точка, соответствующая параметрам ис­точника, — из В в В₂(показано стрелками). В результате система в целом приходит в новое равновесное состояние в положении В₂. Очевидно, что малое удлинение дуги Δ l_Д > 0 привело лишь к малым отклонениям напряжения Δ U_Ди тока Δ I_Д, не нарушив характера дугового разряда. Можно доказать, что укорочение дуги Δ l_Д < 0 система отработает так же успешно (рис. 2.13,б). Все это позволяет считать, что система в точке В устойчива.

Подобным образом проанализируем процессы в точке А. После возмущения по длине дуги Δ l_Д > 0 (рис. 2.13,а) состояние дуги будет отражаться точкой А, а источника — по-прежнему точкой А. Поскольку и в этом случае U_ДА1 U_ИА будет снижаться, и параметры дуги будут изменяться по ее характеристике от точки А₁влево, а параметры источника — по его характеристике от точки А влево. Но поскольку слева от точки А характеристики не пересекаются, то снижение тока будет проходить до нуля, т. е. до обрыва дуги. С другой стороны, малое укорочение дуги Δ l_Д < 0 (рис. 2.13,6) привело бы систему из точки А к длительному непрерывному движению с увеличением тока вплоть до прихода в равновесие в точке В₂. Следовательно, система в точке А неустойчива.

Сформулируем понятие принципиальной устойчивости энергетической системы «источник питания-дуга».

Система «источник—дуга» принципиально устойчива, если в результате отработки малых возмущений она приходит в установившееся состояние, характеризующееся равенством подаваемой и потребляемой энергии и малыми отклонениями тока и напряжения от исходного состояния.

С помощью рис. 2.13 попытаемся выяснить причину наличия устойчивости системы в точке Ви отсутствия устойчивости в точке А. Очевидно, оназаключается в том, что движение системы при отработке возмущения вблизи точки Ввсегда приводит ее в новое равновесное состояние В₂, а вблизиточки Ане приводит. А это в свою очередь объясняется тем, что в отличиеот точки А наклон характеристики источника в точке В круче, чем у дуги. Как известно, наклон характеристик источника и дуги принято оценивать величиной дифференциальных сопротивлений ρ_И = dU_И/dU_Д и . ρ_Д=dU_Д/dI_ДПриведем примеры типичных численных соотношений ρ_И и ρ_Дв точках А и. В. Пусть в точке Вдля крутопадающей внешней характеристики источника ρ_ИВ = —0,2 В/А, а для пологопадающей ха­рактеристики дуги ρ_ДВ⁼ —0,05 В/А, т.е. для точки устойчивого равновесия Вρ_Д > ρ_И. Напротив, для точки неустойчивого равновесия А, где, например, пересекаются пологоладающая характеристика источника с ρ_ИА =-0,1 В/А и крутопадающая характеристика дуги с ρ_ДА = -0,3 В/А, соотношение дифференциальных сопротивлений иное, а именно ρ_Д<ρ_И.

Нетрудно доказать, что и при других сочетаниях характеристик ис­точника и дуги устойчивость обеспечивается только при выполнении не­равенства ρ_Д > ρ_И. Поэтому в качестве косвенного критерия принципи­альной устойчивости системы принята разность дифференциальных со­противлений дуги и источника, и условие устойчивости имеет вид

где к_у — коэффициент (критерий) устойчивости.

Для повышения запаса устойчивости системы, т.е. для увеличения k_у, следует увеличивать дифференциальное сопротивление дуги ρ_Ди уменьшать дифференциальное сопротивление источника ρ_И.