Обратный ток при сварке
- Главная
- |
- Азбука сварки — Справочный раздел
- |
- Общие сведения о сварке
Каждый сварочный инвертор имеет две клеммы для подключения. На одну подключают электрод или сварочную горелку, а другую замыкают на сварочном изделии. При этом на инверторах постоянного тока предусмотрены положительная и отрицательная клемма. Поэтому при сварке и наплавке постоянным током существуют понятия полярности: прямой и обратной.
Полярность определяется тем, к какой клемме подключают электрод. Ток обратной полярности при сварке появляется при подключении изделия к «минусу», а электрода – к «плюсу». Прямая подразумевает, что электрод подключен к отрицательной клемме, а изделие – к положительной.
Прямой и обратный ток при сварке имеют ряд существенных отличий, позволяющих использовать каждый тип тока для разных условий. Тип подключения влияет на особенности сварочного тока, характеристики процесса и его итоговый результат. С помощью советов нашей статьи вы сможете разобраться в отличиях типов подключения.
Рассмотрение понятия следует начать с основ – особенностей явления постоянного тока. На кончике электрода во время сварки появляется термическое пятно. Оно отличается высокой температурой, позволяющей расплавлять основной металла и сварочные материалы и с их помощью формировать шов.
Температура пятна зависит от его вида. В зависимости от подключения различают катодное и анодное пятно. Поэтому температура зависит от клеммы, к которой подключен электрод. Температура анодного пятна может достигать 4000oC, а катодного гораздо ниже – его температура обычно не превышает 3200 oC.
При прямом подключении на конце электрода появляется катодное пятно. Заготовка при этом будет анодом, и основная температура будет фиксироваться на самом изделии.
Из-за подключения к положительной клемме обратный ток предполагает, что на электроде образуется анодное пятно. Выступающим катодом основной металл будет получать меньше тепла и будет меньше нагревается.
Помимо температуры есть и другие отличия:
- чтобы получить более глубокую сварочную ванну и более глубокий шов, используют прямое подключение, но при этом шов будет узким, а при обратном шов шире, но не такой глубокий,
- при прямой дуга горит стабильнее, а при обратном токе за ней нужно тщательно следить, чтобы избежать ее скачков и гашения, особенно на низких токах,
- расход электродов на прямом токе выше, потому что они быстрее плавятся, а за счет обратной полярности расход материалов можно снизить,
- из-за слабого нагрева обратный ток практически не способен прожечь металл, поэтому лучше подходит для работы с тонкими изделиями до 3мм, вот прямой ток нагревает сильнее и чаще применяется для более толстых деталей.
Итоговую схему подключения выбирают по роду металла, его толщине, а также по виду сварочных материалов. Например, многие высоколегированные стали и чувствительные металлы лучше варить обратным током, чтобы снизить вероятность перегрева. Электроды для переменного тока нельзя применять для прямой полярности. Для обратного не подойдут чувствительные к перегреву электроды. Независимо от подключения в каждом случае нужно соблюдать и другие рекомендации по сварочному процессу, особенно в вопросах предварительного нагрева или остывания заготовок.
Ответ на этот вопрос очень прост: нет. Суть переменного тока заключается в автоматическом изменении полярности с заданной частотой без переключения. Сварщик никаким образом не может влиять на это и не может самостоятельно менять полярность тока по желанию в принципе. Поэтому переменный ток обратной полярности при сварке не существует.
P-N-переход
При обратном включении к р-области подсоединен “-” источника, а к n-области – “+” источника.
Направление поля, которое создается источником внешнего напряжения, совпадает с направлением поля p-n–перехода. Поля складываются и потенциальный барьер между p- и n- областями увеличивается. Диффузионный ток уменьшается и увеличивается дрейфовый ток. Полный ток p-n–перехода определяется только дрейфовым током, т.е. током неосновных носителей заряда. Этот ток называется обратным.
Т.о. p-n–переход, включенный в прямом направлении пропускает электрический ток, а включенный в обратном направлении – не пропускает.
P-N-переход при обратном напряжении Uобр аналогичен конденсатору со значительным током утечки в диэлектрике. Запирающий слой имеет высокое сопротивление и играет роль диэлектрика, а по обе его стороны расположены два разноименных объемных заряда +Qобр и –Qобр., созданные ионизированными атомами донорной и акцепторной примеси. Поэтому р-n-переход обладает емкостью, подобной конденсатору с двумя обкладками. Эту емкость называют
Особенность барьерной емкости состоит в том, что она нелинейная, т. е. изменяется при изменении напряжения на переходе. Если обратное напряжение возрастает, то толщина запирающего слоя увеличивается и емкость Сб, уменьшается. Характер этой зависимости показывает график на рисунке. Как видно, под влиянием напряжения Uобр емкость Сб изменяется в несколько раз.
Зависимость полного тока p-n–перехода от приложенного внешнего напряжения называется статической вольт – амперной характеристикой перехода.
При достижении обратным напряжением критического значения Uпр обратный ток резко возрастает. Этот режим называется пробоем p-n–перехода. С практической точки зрения можно выделить два вида пробоя:
1)электрический пробой – он не опасен для p-n–перехода: при отключении источника обратного напряжения вентильные свойства перехода полностью восстанавливаются;
2)тепловой пробой – он может привести к разрушению кристалла и является аварийным режимом.
Электрический пробой вызван чрезмерным вырастанием напряженности электрического поля в переходе.
Вольт фарадная характеристика
Вольт амперная характеристика P-N перехода
Советы по питанию: варианты защиты от обратной полярности и обратного тока
Электронная почта
Приветствую. Добро пожаловать в видео с советами по питанию. Я Кунал Гоэл, инженер по приложениям в Texas Instruments. В этом видео мы рассмотрим варианты защиты от обратной полярности и обратного тока.
С появлением новых тенденций в электронике проектирование входных систем питания становится сложной задачей. Растущие уровни мощности и компактные размеры электронных систем увеличивают потребность в конструкциях с высокой эффективностью и удельной мощностью.
Такие приложения, как е-метры, медицинский ультразвук, автономное вождение, должны быть очень надежными. Надежная система должна быть защищена от сбоев входного питания и должна поддерживать резервирование входов питания. Защита от обратной полярности и обратного тока — две очень важные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики, о которых мы поговорим в этом видео.
На этом слайде обсуждается блокировка обратного тока и защита от обратной полярности в моторных воротах. Давайте сначала посмотрим RCB. Теперь рассмотрим случай, когда выходное напряжение становится выше входного. Это приводит к протеканию обратного тока и может привести к повреждению вышестоящей схемы или сокращению срока службы батареи. Решение RCB предотвращает этот обратный поток тока, а также помогает увеличить время резервного копирования удерживающей крышки в критических приложениях.
С другой стороны, решение P-FET обеспечивает только RPP. Он громоздкий из-за большого количества компонентов, а также вызывает падение высокого напряжения в условиях холодного пуска из-за увеличения RDOn. Из-за отсутствия RCB он дает более низкую производительность во время автомобильных OEM-тестов, таких как AC Superimpose и Short Interrupts.
Недостатки традиционного дискретного решения можно преодолеть, используя идеальный диодный контроллер. Идеальный диодный контроллер — это интегрированный контроллер, который управляет полевым транзистором для имитации идеального диода с очень низким падением напряжения в прямом направлении и нулевым обратным током постоянного тока. Идеальное решение для диодного контроллера, такое как LM7400-Q1 + NFET, предлагает такие характеристики, как очень низкие: ток 80 мкг и время отклика менее 0,5 мкс для блокировки обратного тока.
В таблице справа показано сравнение идеального диодного контроллера, силового диода и решения на P-FET. Подводя итог, можно сказать, что идеальный диодный контроллер обеспечивает масштабируемое решение с малым значением a и низким прямым падением напряжения.
Обратный ток не должен протекать по логическому пути, так как он может разрядить удерживающий конденсатор до такого низкого напряжения, что это может привести к сбросу подсистемы. Этот путь нуждается в защите как от RPP, так и от RCB. Для таких приложений мы можем использовать идеальный диодный контроллер, такой как LM74700-Q1.
Для достижения надежности в приложении несколько источников питания собираются вместе, чтобы сформировать единый источник питания для устройства. Это известно как ORing. Когда несколько USB Type-C могут подавать или получать питание, требуется надежный RCB для предотвращения утечки тока между соседними портами, как показано на рисунке вверху. Без RCB накопление утечки обратного тока может привести к необратимому повреждению всей системы.
LM73100 хорошо подходит для этого приложения, так как он имеет линейный механизм ИЛИ, который дает истинное RCB, и имеет небольшой размер корпуса 2 мм на 2 мм. По мере того, как USB-устройства становятся все более популярными, защита питания для этих устройств должна обеспечивать надежные функции без ущерба для производительности при доставке с высокой мощностью и высокоскоростной передаче данных.
В связи с растущими потребностями приложений в мощности использование дискретных решений защиты не является устойчивым. Они имеют низкую эффективность, требуют управления температурным режимом, например, добавления радиатора, и приводят к увеличению места на печатной плате. Идеальные диодные контроллеры предлагают компактные и масштабируемые решения для защиты вашей системы от обратного напряжения или обратного тока. Эти устройства значительно снижают потери энергии, обычно возникающие при прямом падении напряжения традиционных дискретных решений.
На этом мы подошли к концу этого видео. Спасибо за просмотр.Описание
4 августа 2021 г.
В этом видео рассказывается о различных решениях по защите от обратной полярности и блокировке обратного тока. Сначала мы рассмотрим компромиссы при использовании традиционных дискретных решений, а затем мы увидим, как идеальный диодный контроллер может уменьшить эти компромиссы. Наконец, мы рассмотрим приложения, демонстрирующие использование различных идеальных диодных контроллеров от TI.
Дополнительная информация
Защита от обратного тока 101 | TI.com Видео
Электронная почта
Всем привет. Меня зовут Зак, и сегодня мы подробно рассмотрим защиту от обратного тока. Мы начнем с рассмотрения причин и рисков, связанных с обратным током, а затем поговорим о доступных вариантах предотвращения обратного тока. А после мы более подробно рассмотрим каждое из ранее представленных решений на примере из портфолио Texas Instruments.
Итак, причины и риски обратного тока. Ток меняется на противоположный, когда вы подключаете аккумулятор к компоненту в обратном направлении или с неправильной полярностью. Он посылает ток в противоположном направлении, в котором он должен проходить по цепи, что может привести к внутреннему повреждению.
Другой причиной обратного тока являются случайные короткие замыкания. При возникновении любой из этих ситуаций могут быть повреждены некоторые внутренние компоненты, как показано на слайде, или сама батарея.
Ни одна из этих ситуаций явно не является хорошей.
Итак, что можно сделать, чтобы предотвратить повреждение вашей системы обратным током? На высоком уровне поток обратного тока или обратное напряжение смещения должны быть очень низкими, чтобы предотвратить повреждение. Это может быть обеспечено использованием диода или транзистора. Справа вы можете увидеть примеры этих устройств, включая варианты транзисторов PNP и NPN.
Начнем с диодов. Это самый простой и дешевый способ получить защиту от обратного тока. Поэтому, если у вас есть слаботочное приложение, которое нуждается в защите от обратного тока, диоды — это то, что вам нужно. Однако следует иметь в виду недостатки, в том числе прямое падение напряжения, вызванное диодом. Это приводит к сокращению срока службы батареи, ограничению VCC и отслеживанию энергопотребления схемой.
Лучший способ смягчить эти недостатки — использовать диод Шоттки из-за его меньшего прямого падения. Однако у диодов Шоттки есть две проблемы: они дороже и имеют большую утечку обратного тока.
Это может быть не то, что вам нужно в ситуации с защитой от обратного тока.
Другой альтернативой является использование полевого транзистора. Это полезно, когда вам нужно поддерживать целостность энергоэффективности вашей системы и VCC, потому что полевые транзисторы имеют очень низкое прямое падение напряжения. Они также могут работать с приложениями с более высокими токами. Однако полевые транзисторы сложнее и дороже, чем диоды.
Справа, на верхнем изображении, вы можете видеть, что nMOSFET установлен в цепь заземления. А на нижнем рисунке вы можете увидеть pMOSFET, установленный на пути питания схемы. Эти nMOSFET работают, ориентируя внутренний диод в направлении нормального протекания тока, поэтому при неправильной установке батареи напряжение затвора mMOSFET становится низким, что предотвращает его включение и предотвращает протекание обратного тока.
Однако при правильной установке батареи напряжение на затворе высокое, и этот канал замыкает землю. Для pMOSFET это почти то же самое, за исключением того, что напряжение на затворе противоположно.
