Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие тока кратко конспект

Что такое сварочная дуга

Сварочная дуга используется человечеством для неразъемного, герметичного соединения металлов более века назад. Ее изучением занимался физик Вольт. Затем появились устройства для сварки. Электрический разряд возникает в момент короткого замыкания между электродом и свариваемой деталью. Электрическая энергия преобразуется в тепловую, образуется ванна расплава. Создается диффузный однородный слой металла на месте свариваемого стыка.

Изучив вольт-амперные характеристики процесса, ученые усовершенствовали процесс сварки, создали сварочные аппараты, поддерживающие стабильное горение дуги.

Что такое сварочная дуга, определение

Что можно назвать сварочной дугой – это, по сути, длительный проводник, состоящий из ионизированных частиц, существующий во времени благодаря поддерживающему электрическому полю. Дуговой разряд характеризуется непрерывной формой, высокой температурой, возникает в газовой среде, способной к ионизации.

В учебниках сварщика определение сварочной электродуги звучит следующим образом: это длительный электрический разряд в плазме, состоящей из смеси ионизированных воздушных или защитных газов, а также испарившихся компонентов присадочного и основного металла.

Природа и строение

За короткое время разогреть металл до температуры плавления можно мощной сварочной дугой. Ее свойства характеризуются плотностью тока, вольтамперными показателями. С точки зрения электротехники, дуговой столб – ионизированный газовый проводник между катодом и анодом с большим сопротивлением, способностью к свечению. Детальное рассмотрение строения сварочной дуги поможет понять сущность температурного воздействия. Длина электродуги в среднем составляет 5 мм, она делится на основные зоны:

  • анодную, она не более 10 микрон;
  • катодную, она в 10 раз меньше анодной;
  • столб – видимая светящаяся полоска.

За температуру сварочной дуги отвечает поток свободных электронов. Они образуются на катодном пятне. Оно разогревается до 38% температуры плазмы. В дуговом столбе электроны двигаются к аноду, а положительные частицы – к катоду. У столба нет собственного заряда, он остается нейтральным. Внутри частицы разогреваются до 10 000°С, металл при этом в среднем нагревается до 2350°С, стандартная температура ванны расплава составляет 1700°С.

Место входа и нейтрализации электронов называют анодным пятном. Его температура выше, чем катодного на 4–6%.

Напряжение в анодной и катодной зонах существенно снижается, свечения не возникает. Видима только плазма, излучающая ультрафиолетовые, инфракрасные и световые волны. Они вредны для органов зрения, кожи. Поэтому сварщики используют индивидуальные средства защиты.

Виды сварочной дуги

Существует несколько критериев классификации сварочной дуги. По типу сварочного тока и положению электрода относительно свариваемых элементов выделяют следующие разновидности:

  • прямого действия, разряд перпендикулярен заготовке, параллелен электроду;
  • косвенного действия, разряд возникает между двух электродов, наклоненных друг к другу под углом от 40 до 60°, и металлом.

Классификация состава плазмы столба:

  • открытого типа возникает в воздушной атмосфере благодаря испаряемым из обмазки и металла компонентам;
  • закрытая, возникающая под слоем флюса за счет газообразной фазы, образовавшейся из частиц электрода, металла, компонентов флюса при прохождении разряда;
  • с подачей газовой смеси или однокомпонентного защитного газа.

Классифицируют дуговую сварку по материалу разжигающего электрода. Используют электроды:

  • вольфрамовые тугоплавкие
  • угольные или графитовые;
  • стальные с различным типом обмазки, в состав которой входят ионизирующие компоненты.

По длительности воздействия различают стационарную (постоянную) электродугу и импульсную, применяемую при контактной сварке.

Условия горения

Сущность сварочного процесса заключается в преобразовании электрической энергии в тепловую.

Для поддержания сварочного столба необходимо создать условия для быстрой ионизации газа: детали прогревают, чтобы воздух вокруг них был теплым, или подают в рабочую зону газ, способный ионизироваться. Легче всего ионизируются частицы щелочных и щелочноземельных металлов. При пропускании тока через стержень их частицы становятся активными.

Чтобы дуговой столб не угасал, важно поддерживать постоянную температуру в катодной области. Она напрямую зависит от химического состава катода, его площади. Нужная температура поддерживается источником тока, в промышленных условиях она достигает 7 тысяч градусов.

Читайте так же:
Формула расчета теплоты электрического тока

Как возникает электрическая сварочная дуга

Как и любой электрический разряд, сварочная электродуга появляется при замыкании цепи. Возникновение тока при касании электрода к свариваемому металлу приводит к выработке большого количества тепла. В точке замыкания появляется расплав, он тянется за кончиком электрода, образуется шейка, которая мгновенно распыляется из-за сильного тока. Происходит ионизация молекул воздуха и защитного облака, они переносят поток электронов.

Направленность потока зависит от рода тока. Дуга разжигается на постоянном токе обратной и прямой полярности, на переменном. Частота угасания и розжига электродуги зависит от параметров рабочего тока.

Чем определяется мощность сварочной дуги

На мощностные параметры электродуги влияют несколько факторов:

  • напряжение, возрастание приводит к увеличению мощности только в небольшом диапазоне, существуют ограничения по размеру электрода;
  • сила тока, большой ампераж обеспечивает стабильное горение;
  • величина напряжения плазмы, пропорциональна мощности.

Длиной сварочной дуги называют расстояние от сварного кратера до кончика электрода. От этой величины зависит объем выделившегося тепла.

По мощности сварочной дуги определяют скорость плавления металла. От этой характеристики зависит время выполнения сварочных работ. Регулировка силы тока производится для корректировки температуры в рабочей зоне, даже на длинном столбе электродуга не будет затухать при большом ампераже. Напряжение редко изменяют в процессе сварки.

Вольт-амперная характеристика

ВАХ описывает зависимость токовых параметров. С помощью этого графика определяют:

  • мощность дуги;
  • время горения,
  • условия гашения.

Динамическая ВАХ описывает неустановившееся состояние электродуги, когда ее длина колеблется. Статическая вольт-амперная характеристика отражает зависимость вольтажа от ампеража при постоянной дуговой длине. График делится на три области:

  • падающая – при подъеме силы тока напряжение резко спадает, это связано с формированием столба: площадь сечения плазменного потока возрастает, электропроводность плазмы изменяется;
  • жесткая, это участок стабильной плотности тока и падения напряжения, с ростом ампеража от 100 до 1000 А пропорционально увеличивается диаметр дугового столба (анодное и катодное пятна, соответственно, изменяются);
  • возрастающая, характеризуется постоянным размером катодного пятна, она ограничена диаметром электрода, при увеличении ампеража по закону Ома увеличивается U, R дугового столба.

ВАХ процесса обычной ручной сварки с использованием плавящихся и неплавящихся электродов на воздухе или в облаке защитного газа ограничена двумя первыми областями, до третьей ампераж не доходит. Механизированной сварки с использованием флюсов соответствует графику II и III областей, сварка плавящимся электродом в облаке защитной атмосферы – III.

При использовании оборудования, генерирующего переменный ток, возбуждение сварочной дуги происходит в каждом полупериоде, на пике зажигания. При переходе через ноль электродуга затухает, нагрев активных пятен прекращается. Покрытия электродов, содержащие активные щелочные металлы, повышают устойчивость ионизации. Защитное облако затрудняет розжиг на переменном токе, но поддерживают горение на постоянном. Между полюсами возникает ионизация молекул газа.

При выборе оборудования необходимо это учитывать, что вольт-амперная характеристика электродуги зависит от внешней ВАХ. Работу сварочного аппарата рассматривают как наложение графиков. Для ручной сварки необходимы источники питания с падающими областями ВАХ (повышенным напряжением холостого хода), чтобы была возможность изменять длину дуги, регулируя ампераж. Сила тока короткого замыкания во время падения капли с плавящегося электрода на свариваемый металл на 20–50% выше дугового тока. Для сварки плавящимся электродом используют дугу размыкания. Для розжига дуги вольфрамовым или угольным электродом желателен вспомогательный разряд.

При высоких значениях тока короткого замыкания возрастает риск прожогов металла. При падении капли происходит замыкание, затем резко возрастает до первоначальных значений – ампераж возрастает до величины тока короткого замыкания, образовавшийся мостик перегорает, дуга возбуждается снова. Изменения тока и напряжения в столбе происходят моментально, за доли секунды. Сварочное оборудование должно быстро реагировать на колебания, стабилизировать напряжение.

Читайте так же:
Тепловое свойство электрического тока

Особенности дуги

Благодаря особым свойствам, электрическая дуга используется при сварке с тугоплавкими и плавящимися электродами. Она быстро разогревает металл, образуя ванну расплава. Электрический ток эффективно преобразуется в тепловую энергию с минимальными потерями.

По природе происхождения электрическую сварочную дугу можно сравнить с другими видами электрических зарядов. Основные отличительные характеристики дуги:

  • высокая температура, создаваемая плотным током (ампераж зависит от длины столба, достигает тысяч А на см 2 );
  • небольшие значения анодного и катодного падения напряжения, слабо зависящие от первоначально заданного вольтажа;
  • неравномерность распределения напряжения электрического поля между полюсами;
  • пространственная устойчивость;
  • саморегулирование мощности, ВАХ;
  • четко очерченные границы, ясно видимые в окружающей среде.

Зажигание производится двумя способами:

  • коротким касанием (электрод подводится впритык, повышается риск залипания);
  • чирканьем (невозможен в труднодоступных местах).

Магнитные пускатели

Устройства, которые предназначены (основное их назначение) для автоматического включения и отключения трехфазных электрических двигателей от сети, а также их реверсирования называют магнитными пускателями. Как правило, они используются для управления асинхронными электродвигателями с напряжением питания до 600 В. Пускатели могут быть реверсивные и не реверсивные. Кроме того, в них довольно часто встраивается тепловое реле для защиты электрических машин от перегрузки по току в длительном режиме.

Магнитные пускатели могут выпускаться в различных исполнениях:

  • Реверсивные;
  • Не реверсивные;
  • Защищенного типа – устанавливаются в помещениях, где в окружающей среде не содержится большого количества пыли;
  • Пыленепроницаемые – устанавливаются в местах, где они не будут подвергаться прямому воздействию на них солнца, дождя, снега (при наружном размещении располагаются под навесом);
  • Открытого типа – предназначены для установки в местах, защищенных от попаданий посторонних предметов а также пыли (шкафы электрические и прочее оборудование)

Устройство магнитного пускателя

Устройство магнитного пускателя довольно простое. Он состоит из сердечника, на котором помещена втягивающая катушка, якоря, пластмассового корпуса, механических индикаторов включения, а также основных и вспомогательных блок – контактов.

Принцип работы магнитного пускателя

Давайте рассмотрим на примере, показанном ниже:

При подаче напряжения на катушку пускателя 2, протекающий в ней ток притянет якорь 4 к сердечнику 1, следствием чего станет замыкание силовых контактов 3, а также замыкание (или размыкание в зависимости от исполнения) вспомогательных блок контактов, которые в свою очередь, сигнализируют в систему управления о включении или отключении устройства. При снятии напряжения с катушки магнитного пускателя под действием возвратной пружины контакты разомкнутся, то есть вернутся в свое начальное положение.

Принцип работы реверсивных магнитных пускателей такой же как и не реверсивных. Отличие заключается в чередовании фаз, которые подключает к пускателям (А – В – С одно устройство, С – В – А другое устройство). Это условие необходимо для выполнения реверса двигателя переменного тока. Также при реверсивном включении магнитных пускателей предусматривается блокировка одновременного включения устройств, чтоб избежать короткого замыкания.

Схемы включения магнитных пускателей

Одна из простейших схем подключения магнитного пускателя показана ниже:

Принцип работы данной схемы довольно прост: при замыкании автоматического выключателя QF собирается схема питания катушки магнитного пускателя. Предохранитель PU обеспечивает защиту схемы управления от коротких замыканий. При нормальных условиях контакт тепловых реле Р замкнут. Итак, для запуска асинхронника нажимаем кнопку «Пуск», цепь замыкается, через катушку магнитного пускателя КМ начинает протекать ток, сердечник втягивается, тем самым замыкая силовые контакты КМ, а также блок контакт БК. Блок контакт БК нужен для того, чтоб замкнуть цепь управления, поскольку кнопка после того как ее отпустят, вернется в исходное положение. Для остановки этой электродвигателя достаточно нажать кнопку «Стоп», которая разберет схему управления.

Читайте так же:
Тяговые двигатели переменного тока тепловоза

При длительном токе перегрузке сработает тепловой датчик Р, который разомкнет контакт Р, и это тоже приведет к остановке машины.

При схеме включения приведенной выше следует учесть напряжение номинальное катушки. Если напряжение катушки 220 В, а двигателя (при соединении в звезду) 380 В, то данную схему употреблять нельзя, а можно применить с нейтральным проводником, а если в обмотки двигателя соединены треугольником (220 В), то данная система вполне жизнеспособна.

Схема с нейтральным проводником:

Единственное отличие этих схем включения, что в первом случае питание системы управления подключено к двум фазам, а во втором к фазе и нейтральному проводнику. При автоматическом управлении системой пуска вместо кнопки «Пуск» может включатся контакт из системы управления.

Посмотреть как подключить не реверсивное магнитное пусковое устройство вы можете здесь:

Реверсивная схема включения показана ниже:

Эта схема более сложная, чем при подключении не реверсивного устройства. Давайте рассмотрим принцип ее работы. При нажатии кнопки «Вперед» происходят все описанные выше действия, но как вы видите из схемы, перед кнопкой вперед появился нормально замкнутый контакт КМ2. Это нужно для выполнения электрической блокировки одновременного включения двух устройств (избежание короткого замыкания). При нажатии кнопки «Назад» во время работы электропривода ничего не произойдет, так как контакт КМ1 перед кнопкой «Назад» будет разомкнут. Для произведения реверса машины необходимо нажать кнопку «Стоп» и только после отключения одного устройства можно будет включить второе.

И видео подключения реверсивного магнитного пускового устройства:

Советы по монтажу магнитных пускателей

При монтаже магнитных пусковых устройств с тепловыми реле необходимо устанавливать с минимальной разностью температур окружающей среды между электродвигателем и магнитным пусковым устройством.

Нежелательна установка магнитных устройств в местах подверженных сильным ударам или вибрациям, а также рядом с мощными электромагнитными аппаратами, токи которых превышают 150 А, так как они при срабатывании создают довольно большие удары и толчки.

Для нормальной работы теплового реле температура окружающей среды не должна превышать 40 0 С. Также не рекомендуется установка рядом с нагревательными элементами (реостаты) и не устанавливать их в наиболее нагреваемых частях шкафа, например вверху шкафа.

Сравнение магнитного и гибридного пускателя:

СБОРНИК ПРИМЕРНЫХ ПРОГРАММ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МЧС РОССИИ (Том 1) — часть 2

магничивание ферромагнитных материалов. Электромагниты. Электромагнитная
индукция.

Основные понятия и определения. Получение переменного тока. Понятие о

фазе. Сдвиг фаз. Виды сопротивлений в цепях переменного тока. Последовательное
соединение активного сопротивления и индуктивности (или ёмкости). Параллель-
ное соединение катушки и конденсатора. Трёхфазный переменный ток.

Тема 6. Электроизмерительные приборы и измерения (2 часа).

Общие сведения. Классификация электроизмерительных приборов. Устрой-

ство электроизмерительных приборов. Измерение силы тока и напряжения. Изме-
рение мощности. Измерение сопротивления изоляции.

Тема 7. Электрические машины постоянного тока. Электродвигатели

переменного тока (2 часа).

Электрические машины постоянного тока. Общие сведения. Принцип дей-

ствия и общее устройство двигателей постоянного тока. Образование пусковых то-
ков. Пуск двигателя. Влияние механической нагрузки на ток в якоре. Мощность и
момент двигателя постоянного тока. Свойства и применение двигателей постоянно-
го тока.

Электродвигатели переменного тока. Общие сведения. Устройство асинхрон-

ных двигателей. Принцип действия асинхронных двигателей. Влияние механиче-
ской нагрузки на ток, потребляемый двигателем. Пуск асинхронных двигателей.
Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели.

Читайте так же:
Вспомогательные машины тепловозов переменного тока

Тема 8. Трансформаторы. Электрические станции и трансформаторные

подстанции (2 часа).

Принцип действия и устройство трансформаторов. Холостой ход и работа

трансформатора под нагрузкой. Трёхфазный трансформатор. Автотрансформаторы.
Измерительные трансформаторы. Пожарная опасность трансформатора.

Электрические станции. Их классификация, пожарная опасность и опасность

поражения электрическим током. Основные мероприятия противопожарной защи-
ты.

Трансформаторные подстанции. Виды. Схемы и оборудование объектовой

трансформаторной подстанции. Назначение и устройство маслонаполненных
трансформаторов и масляных выключателей. Пожарная опасность трансформатор-
ных подстанций и маслонаполненного оборудования. Требования противопожарной
защиты при эксплуатации трансформаторных подстанций и оборудования.

Тема 9. Аварийные режимы работы электроустановок. Причины пожа-

ров и загораний от электроустановок (2 часа).

Аварийные режимы работы электроустановок. Тепловое действие тока.

Способы защиты электрических цепей при аварийных режимах работы. Предохра-
нители, их номинальные параметры. Автоматические устройства защиты электри-
ческих сетей.

Аварийные режимы работы в электроустановках, приводящие к пожарам: ко-

роткое замыкание, перегрузка электрической сети, переходное сопротивление, токи
утечки, искрение и электрические дуги. Меры профилактики.

Тема 10. Пожаровзрывобезопасностъ в электроустановках (2 часа).

Пожароопасные зоны. Требования к электрооборудованию в пожароопасных

зонах. Причины пожаров в электроустановках. Документация по пожарной без-

Мини-курс по электробезопасности

При всех случаях поражения электрическим током срочно вызывают врача и, не дожидаясь прибытия, немедленно приступают к оказанию пострадавшему первой помощи. Меры первой помощи зависят от состояния пострадавшего.

Если пострадавший находится в сознании, но до этого был в обмороке или долго находился под током, ему необходимо обеспечить полный покой до прибытия врача. Последующее наблюдение за ним должно продолжаться 2-3 часа. Если быстро вызвать врача невозможно, следует срочно доставить пострадавшего в лечебное учреждение на носилках.

Если пострадавший без сознания, но есть дыхание, его нужно удобно уложить, расстегнуть одежду, обеспечить приток свежего воздуха, дать понюхать нашатырный спирт, обрызгать водой (не изо рта), растереть и согреть тело. Если пострадавший плохо дышит (редко и судорожно), следует сделать искусственное дыхание. Если у пострадавшего отсутствуют признаки жизни (нет дыхания, сердцебиения, пульса), его нельзя считать умершим. Смерть часто бывает лишь кажущейся. Необходимо непрерывно, до прибытия врача, делать искусственное дыхание и закрытый (наружный) массаж сердца. При оживлении таких пострадавших дорога бывает каждая секунда, поэтому первую помощь нужно оказывать немедленно, по возможности на месте происшествия. Переносить пострадавшего в другое место рекомендуется только в тех случаях, когда опасность продолжает угрожать ему и окружающим, а также когда оказывать помощь на месте невозможно.

В случае прикосновения пострадавшего к токоведущим частям, находящимся под напряжением, происходят непроизвольные судорожные сокращения мышц, в результате чего пальцы рук человека сильно сжимаются и не могут выпустить провод или предмет, находящийся под напряжением.

Первым действием в жилом помещении должно быть быстрое освобождение пострадавшего от контакта с токоведущей частью или немедленное отключение той части установки, которой касается пострадавший. Взявшись за изолированную часть, необходимо вырвать электрический провод, быстро отключить выключатель, выдернуть штепсельную вилку, обесточив аварийный участок сети или прибор. Это снимет напряжение, а пострадавший будет освобожден от прохождения через его тело электрического тока.

Если нельзя отключить электроустановку от сети, то следует сразу же приступить к освобождению пострадавшего от токоведущих частей, используя при этом изолирующие предметы. Если он находится на высоте, то необходимо предотвратить возможность его травмирования при падении.

Освобождая человека от напряжения до 1000 В, следует воспользоваться канатом, палкой, доской и другим сухим предметом, не проводящим ток. Пострадавшего можно оттянуть за сухую одежду. При оттаскивании его за ноги не следует касаться обуви или одежды без изоляции своих рук, так как обувь и одежда могут быть сырыми и проводить электрический ток. Чтобы изолировать руки, нужно воспользоваться диэлектрическими перчатками, а при их отсутствии обмотать руку любой сухой материей. При этом рекомендуется действовать одной рукой.

Читайте так же:
Тепловое действие тока калориметр

От токоведущих частей напряжением свыше 1000 В пострадавшего следует освобождать с помощью штанги или изолирующих клещей, рассчитанных на соответствующее напряжение. При этом надевают диэлектрические перчатки и боты. Важно помнить об опасности шагового напряжения, когда провод лежит на земле.

Если нельзя быстро отключить питание линии электропередачи, то нужно замкнуть провода накоротко, набросив на них гибкий провод достаточного сечения. Один конец последнего предварительно заземляют (присоединяют к металлической опоре, заземляющему спуску и др.). Если пострадавший касается одного провода, то достаточно заземлить только этот провод. Доврачебная помощь после освобождения пострадавшего зависит от его состояния. Если он в сознании, то нужно обеспечить ему на некоторое время полный покой, не разрешая ему двигаться до прибытия врача.

Если пострадавший дышит очень редко и судорожно, но прощупывается пульс, надо сразу же делать искусственное дыхание по способу «изо рта в рот» или «изо рта в нос».

При отсутствии дыхания и пульса, расширенных зрачках и нарастающей синюшности кожи и слизистых оболочек нужно делать искусственное дыхание и непрямой (наружный) массаж сердца. Оказывать помощь нужно до прибытия врача. Известны случаи, когда искусственное дыхание и массаж сердца, проводимые непрерывно в течение 3. 4 ч, возвращали пострадавших к жизни.

После освобождения пострадавшего от действия электрического тока

Если пострадавший находится без сознания:

  • Необходимо перевернуть пострадавшего на живот, поддерживая шейный отдел и голову от удара.
  • Вызвать скорую помощь 01 или 03.
  • Позвать на помощь взрослых.
  • Приложить холод к голове пострадавшего.
    Для возвращения человека к жизни необходимо провести комплекс сердечно-легочной реанимации, но его может проводить, только специалист, обладающий навыками и знаниями по ее проведению.

Как быстро перевернуть пострадавшего на живот:

Завести ближнюю к себе руку пострадавшего за его голову. Одной рукой взяться за дальнее от себя плечо, а другой – за поясной ремень или за пояс одежды

Одним движением повернуть пострадавшего грудью себе на колени.

Очистить пальцами или салфеткой ротовую полость и надавить на корень языка. Приложить холод к голове.

В случаях термических ожогов:

  • Накрыть обожженную поверхность сухой чистой тканью.
  • Поверх сухой ткани на 20-30 минут положить холод.
  • Предложить таблетку анальгина и обильное сладкое питье.
  • Смазывать обожженную поверхность маслами и жирами, наносить порошки.
  • Накладывать пластырь и туго бинтовать обожженную поверхность.
  • Смазывать йодом, зеленкой, мазями.
  • Сдирать с обожженной поверхности остатки одежды.
  • Вскрывать ожоговые волдыри.
  • Предлагать пострадавшему газированную воду!

При повреждениях, сопровождающихся легкими общими явлениями (обморок, кратковременная потеря сознания, головокружение, головная боль, боли в области сердца):

НЕОБХОДИМО создать пострадавшему покой и доставить в лечебное учреждение. Необходимо помнить, что общее состояние пострадавшего может резко и внезапно ухудшиться в ближайшие часы после травмы. В качестве первой помощи могут быть даны болеутоляющие (таблетка анальгина) и успокаивающие средства (настойка валерианы).

В случае обморока:

  • Расстегнуть воротник одежды, поясной ремень.
  • Приподнять ноги (подложить скатаную одежду, сумку, коробку и т.д.).
  • Поднести к носу ватку с нашатырным спиртом (капнуть не более 2-3 капель, т.к. нашатырный спирт агрессивная жидкость и может привести к ожогам слизистых оболочек).

Если нет нашатырного спирта: следует большим пальцем надавить на болевую точку, расположенную между перегородкой носа и верхней губой.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector