Расход электроэнергии при сварке

Обновлено: 17.05.2024

Если учитывать только электрические потери, то для всех типов сварочных установок К з.опт = 0,2 – 0,3. Работа электросварочных установок с указанными К з.опт является явно не оптимальной, поэтому при выборе К з.опт необходимо учитывать и тепловой КПД.

Для сварки изделий

стали можно рекомендовать следующие

0,5…0,8 – точечные подвесные;

Внедрение ограничителей холостого хода сварочных преобразова-

электроэнергии в размере

15 – 20 % на каждой установке.

Наряду с перечисленными мероприятиями можно также рекомендо-

− замену контактных однофазных машин переменного тока машинами постоянного тока, позволяющую экономить электроэнергию за счет уменьшения мощности машин и индуктивного сопротивления вторичного контура

− периодическую проверку сопротивления вторичных контуров и состояния их контактов, особенно у подвесных сварочных машин;

− применение электрошлаковой сварки для соединения деталей толщиной более 30 – 40 мм вместо дуговой сварки.

Системы снабжения потребителей сжатым воздухом

Сжатие воздуха – неэффективный с энергетической точки зрения процесс, так как КПД этого процесса находится в пределах 10 %.

В установках сжатого воздуха применяются центробежные, осевые, поршневые, винтовые компрессоры.

Снизить затраты электроэнергии в установках сжатого воздуха возможно:

− за счет снижения номинального рабочего давления компрессора и

в сети сжатого воздуха;

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения

Глава 14. Отраслевое энергосбережение

− понижения температуры воздуха, всасываемого компрессорами;

− отключения лишних компрессоров при снижении расходов сжатого воздуха;

− внедрения в поршневых компрессорах прямоточных клапанов;

− уменьшения длины магистральной и распределительной сети подачи сжатого воздуха;

− использования эффекта резонансного наддува поршневых компрессоров;

− подогрева сжатого воздуха перед пневмоприемниками;

− замены компрессоров старых конструкций на новые с более высоким КПД;

− систематического контроля за утечками сжатого воздуха;

− отключения отдельных участков или всей сети сжатого воздуха в нерабочее время;

− замены пневмоинструмента на электроинструмент.

Потребление сжатого воздуха с давлением выше необходимого приводит к непроизводительному расходу электроэнергии. Понижение давления у потребителей сжатого воздуха может быть осуществлено с помощью редуктора, инжектора, дросселированием и регулированием давления. Наиболее эффективно применение регуляторов давления. Потери энергии (кВт·ч/год) при использовании сжатого воздуха при давлении выше номинального определяются как

W = 1,1( A 1 − A 2 )60П t р.г , 367200 η с η э η м η п η i

где А 1 , А 2 – работа сжатия 1 м 3 при повышенном и номинальном давлении, Дж/м 3 ; П – производительность компрессора, м 3 /мин; t р.г – время работы компрессора в год, ч; η i , η c , η э , η п – КПД индикаторной части, электрической сети, электродвигателя, передачи, η м – КПД механизма, потребляющего сжатый воздух.

Необходимо избегать уровней давления выше 5 бар. Понижение давления на 1 бар дает экономию энергии в 5 – 10 %.

Опыт эксплуатации показывает, что при установке прямоточных клапанов вместо кольцевых (пластинчатых) удельный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха снижается в среднем на 13 – 15 % при одновременном увеличении подачи компрессоров на 10 %.

Одним из эффективных способов экономии электроэнергии при использовании сжатого воздуха является теплоизоляция воздухопровода, позволяющая подать потребителю сжатый воздух с повышенной температурой. При этом уменьшается расход воздуха и, следовательно, потери электроэнергии.

Экономия электроэнергии за счет теплоизоляции составляет

W = 0,22П ΔΘ w уд t р.г ,

где ΔΘ – разность температур до устройства теплоизоляции воздухопровода и после; w уд – удельный расход электроэнергии на выработку 1 м 3 сжатого воздуха, кВт·ч/м 3 .

Применение компрессоров новых конструкций с более высоким КПД взамен устаревших дает экономию электроэнергии

W = ( P 1 − P 2 ) t р.г 10 − 3 ,

где Р 1 и P 2 – мощности электродвигателей старого и нового компрессора, кВт.

Правильный выбор места забора воздуха и прокладки всасывающего воздуховода (в тени, на северной стороне здания, в отдельности от цехов и стен с большими тепловыми выделениями) снижает расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха на 1 % на каждые 2,5 °С понижения температуры всасываемого воздуха.

Использование эффекта резонансного наддува цилиндров поршне-

вых компрессоров путем обеспечения рациональной длины всасывающего воздуховода или включения в воздуховод резонатора определенного объема сокращает удельный расход электроэнергии примерно на 3 – 5 % при одновременном повышении производительности до 5 – 8 %.

Внедрение автоматических регуляторов компрессоров для обеспечения постоянного давления у пневмоприемников дает экономию электроэнергии от 15 до 30 % в зависимости от режима потребления.

Устранение вибрации воздухопроводов и пульсаций в них воздуха путем установки ресивера на вводах в литейные, кузнечно-прессовые и другие цехи с резко пульсирующим потреблением сжатого воздуха может дать до 20 % и более экономии электроэнергии.

Повседневная борьба с утечками сжатого воздуха путем систематического контроля за состоянием сети и оборудования (и устранения дефектов), установки самозапирающихся клапанов, пистолетов, штуцеров, зажимов позволит снизить непроизводительные потери сжатого воздуха на 10 –20 % и более. Снижения потерь воздуха и нерациональных потерь давления можно также добиться:

1) за счет отключения цехов и участков в нерабочее время;

2) разделения питающих воздуходувов для потребителей высокого и низкого давления, а также для потребителей с неравномерным и переменным режимами работы;

3) в отдельных случаях дросселирования воздуха у потребителей низкого давления при отборе из сети высокого давления.

Большую экономию электроэнергии можно получить путем правильного выбора числа и мощности компрессоров, особенно это касается крупных компрессоров, при их работе на односменных и двусменных предприятиях, так как они имеют ограничение по числу возможных пусков. Это приводит к тому, что компрессоры работают непрерывно с частичным снижением нагрузки при дросселировании на всасывании в нерабочее время. Это приводит к потерям электроэнергии до 60 – 70 %.

На крупных предприятиях следует идти на децентрализованные системы снабжения потребителей сжатым воздухом, что позволит значительно снизить мощности компрессоров и потери в магистральных сетях.

Для регулирования подачи следует применять параллельно работающие компрессорные агрегаты или регулирование частоты вращения компрессоров (частотное регулирование).

В зависимости от назначения и рода перекачиваемой жидкости насосные установки подразделяются на водопроводные, канализационные, мелиоративные, теплофикационные, нефтеперекачивающие и др.

На современных насосных установках наибольшее распространение получили центробежные и осевые лопастные насосы.

Центробежные насосы регулируются изменением частоты вращения рабочих колес или изменением степени открытия задвижки (затвора) на напорной линии. Прикрывая или открывая затвор, изменяют крутизну характеристики G – H трубопровода (рис. 14.1), которая зависит от его гидравлического сопротивления. Прикрывая затвор, увеличивают крутизну характеристики, при этом рабочая точка насоса А 1 перемещается в положение А 2 , подача уменьшается до значения G 2 , напор, развиваемый насосом, возрастает до значения Н 2 , а напор на трубопроводе за затвором сни-

жается до значения H ′ 2 за счет потерь напора H п в затворе.

Увеличивая степень открытия затвора, уменьшают крутизну характеристики трубопровода. Этот способ регулирования считается малоэкономичным, так как на преодоление дополнительного гидравлического сопротивления в затворе требуются дополнительные затраты энергии.

При изменении частоты вращения насоса изменяется положение его характеристики G – H . Уменьшая частоту вращения, перемещают характеристику вниз параллельно самой себе. При этом рабочая точка, перемеща-

ясь по характеристике трубопровода, занимает положение А ′ 2 , следова-

тельно, подача уменьшается так же, как и напор в сети и напор, развиваемый насосом.

Затраты электроэнергии при сварке

Расход энергии на работу сварочного агрегата может меняться в зависимости от разных причин. Во-первых, это сама мощность аппарата, во-вторых, пределы входящего напряжения и т.д. Но с помощью некоторой формулы рассчитывается итоговая мощность аппарата, она имеет незначительные расхождения с реальными цифрами, но это не существенно. Поэтому, тем, кто следит за оборотами электрического счетчика, пригодится данная статья. Мы подробно расскажем о всех моментах, которые влияют на потребляемую мощность инверторного сварочника и как рассчитывается его совокупная мощность.

Факторы, влияющие на потребление энергии

Перед проведением подсчетов, вы должны четко понимать, из каких величин складывается общее потребление электричества. Мощность, указанная на коробке, тоже учитывается в просчете, это важная составляющая, но она не является единственной. Также нужно знать несколько величин, чтобы более точно составить формулу.

Из основных факторов, влияющих на напряжение, выделяют:

мощность аппарата;
диапазон входящего напряжения;
максимальный сварочный ток, на который способен инвертор;
параметры напряжения электрической дуги;
коэффициент полезного действия конкретной модели;
длительность работы.

Совокупность всех значений будет определять суммарную мощность агрегата.

Из дополнительных составляющих потребляемой мощности учитывают:

состояние вашей проводки;
условия и режимы сварки;
надежность проводов.

Также нужно обратить внимание, что бытовая электросеть не всегда выдает общепризнанное напряжение в 220 вольт. В лучшем случае, вы получите 200. Когда вы включаете сварочный аппарат, то снижается диапазон сварочного тока, необходимый при работе. Это затрудняет произвести точный расчет. В первую очередь это касается не мощных инверторов. Если же аппарат рассчитан на работу в пределах 150-250 вольт, то подсчеты производятся с более точными показателями. Так как среднее арифметическое значение примерно равно напряжению электросети.

Теперь поговорим о продолжительности работы аппарата. Она относится к основным условиям расчета мощности. Эта важная характеристика показывает, сколько времени может работать инвертор непрерывно. У каждой модели разные значения работы и отдыха. Например, сварочник работает в течение четырех минут, а для охлаждения ему потребуется такое же время. Но есть сварочные инверторы, которые работают 5 минут, а отдыхают 2 минуты. В этом случае, расход потребления будет выше. Этот факт нужно запомнить в последующих расчетах.

Что нужно знать?

Перед тем как начать подсчет потребляемой мощности инверторного сварочного аппарата, нужно узнать следующее:

Диапазон входного напряжения.
Диапазон сварочного тока.
Напряжение сварочной дуги.
Коэффициент полезного действия конкретной модели сварочного аппарата.
Продолжительность включения.
Коэффициент мощности конкретной модели.

Читать также: Сколько сторон у шестиугольника

Диапазон сварочного тока нужен для того, чтобы узнать при каких характеристиках сети электрического тока нам придется работать. Наверняка ни для кого не является тайной, что часто в наших электросетях не наблюдается номинального напряжения 220 В. Часто оно едва дотягивает до 200 В. Следует запомнить: просадка напряжения при подключении сварочного инвертора бытового типа составляет 5-10% от общего номинала сети. Потому лучшие показатели мощности будут у таких инверторов, которые рассчитаны на напряжение питания от 150-170 В и до 220-250 В.

Диапазон сварочного тока дает нам значения максимального и минимального уровня, мощность аппарата напрямую зависит от этих параметров. Для бытовых инверторов эти показатели в нижней границе разнятся от 10 до 50 А, а в верхней 100-160 А. Напряжение выходного тока, оно же может называться напряжением сварочной дуги, колеблется для недорогих бытовых моделей от 20 до 30 В. Коэффициент полезного действия у инверторов с максимальным показателем выходного тока160 А, как правило, редко превышает 0,85%. Высокий КПД сварочного агрегата напрямую зависит от продолжительности включения.

Формула расчета

Чтобы правильно произвести расчет, первым делом, необходимо ознакомиться с техническими параметрами вашего сварочного аппарата из инструкции, прилагаемой к изделию или информацией в интернете, применимой именно к данной модели.

Данные, которые вы найдете в технических характеристиках следующие:

КПД мощности;
силу тока в максимальном значении;
наивысшее напряжение электродуги;
коэффициент эффективности аппарата;
длительность работы.

Max значение силы тока* Max значение напряжения / КПД = потребляющая мощность аппарата

Мы облегчим вам работу, и скажем, что коэффициент мощности всегда берите за 0,6. Такое значение имеют практически все современные инверторы. Теперь подставьте цифры из данных о вашем сварочнике в формулу, и вы получите мощность аппарата в рабочем состоянии.

Но выделим такие моменты, как замена электродов, регулировка мощности, простой для подбора следующих свариваемых поверхностей и другие моменты, когда вы не производите сам шов. Для этих целей пригодится параметр длительности работы аппарата, о котором мы говорили выше. Полученный результат мощности аппарата необходимо умножить на эту цифру. Тогда вы приблизите результат к более точным значениям. Например, ваша первая цифра составила 5 кВт. Умножаем на нижнее значение времени работ (например 60%) и получаем 3 кВт, которое и составляет среднюю мощность всех сварочных работ, включая простои.

Такая несложная процедура просчета обеспечит вас знаниями, сколько затрачивает ваш инвертор электроэнергии. Напомним, что эта формула применима только к сварочным инверторам, а с расчетами полуавтомата не работает. Но о них поговорим в следующий раз. Скажем только, что их потребляемая мощность будет выше.

Расчет расхода электроэнергии электросварочными установками

Расход электроэнергии на сварку в общем виде определяются по формулам

Эсв= + Рх.х(?-T), кВт.ч (4.1.1)

где: U — напряжение сварочной дуги, принимаемое по технологическому режиму, В;

J — сила тока (определяется замером или по технологическому режиму), А;

T — время горения дуги,ч;

? — КПД источника питания дуги (определяется по паспортным данным);

— мощность холостого хода источника питания дуги (определяется опытным путем. При сварке на переменном токе расход электроэнергии на холостой ход незначителен и им можно пренебречь), кВт;

? — полное время работы источника дуги (определяется расчетом), ч.

Время горения дуги для наплавки 1 кг металла определяется по формуле:

где: — коэффициент наплавки, представляющий собой количество металла в граммах, наплавляемого за 1 час горения дуги при J=1А (при электросварке на переменном токе электродами с толстым покрытием kн= 6 — 18 г/(А.ч), при автоматической электросварке под флюсом kн= 11 — 24 г/(А.ч)).

Расход электроэнергии при ручной дуговой электросварке определяется на 1 кг наплавляемого металла по формуле:

где: Сх — коэффициент, учитывающий потери холостого хода источника питания (при переменном токе и при питании аппарата через сварочный трансформатор и отключении его на холостом ходу коэффициент Сх может быть принят равным 1; на постоянном ходе Сх=1,17).

Вес наплавленного металла подсчитывается по формуле:

где: F — площадь поперечного сечения шва, см2;

L — длина шва, см;

? — удельный вес наплавленного металла (для малоуглеродистых сталей ?= 7,8 г/см3).

Таблица 4.1.1 — Удельный расход электроэнергии при ручной дуговой электросварке, автоматической и полуавтоматической, электрошлаковой сварке

При приобретении оборудования для электродуговой сварки мощность сварочного аппарата в большинстве случаев является определяющим фактором выбора подходящей модели. От значения этого параметра зависит величина рабочего тока устройства, а также толщина металлических заготовок, с которыми оно способно работать.

Типы сварочных инверторов и расчет их мощности

Оборудование
Мощность сварочного аппарата – это одна из основных характеристик, на которые необходимо обращать внимание при его выборе.

Чтобы лучше разобраться во всех тонкостях, связанных со сварочными устройствами и понять основные моменты для расчета данного параметра, необходимо прояснить несколько важных аспектов. Информацию будет полезно знать всем тем, кто занимается сваркой.

Основные типы сварочных аппаратов
Расчет мощности аппарата
Таблица мощности
Итог

Порядок выбора

В сопроводительном документе (паспорте) на каждый конкретный сварочный аппарат фирмой-производителем указывается максимальная мощность, обеспечивающая его работу в режиме пиковых нагрузок. Именно поэтому при её оценке следует ориентироваться на качество напряжения в электросети, к которой подключается данный аппарат.

При этом нельзя упускать из внимания то, что даже сравнительно мощный инвертор при значительных колебаниях напряжения в сети не сможет гарантировать требуемой производительности работы и максимальной отдачи.

Порядок выбора подходящего по энергоёмкости инверторного сварочного аппарата, полуавтомата или обычного трансформаторного выпрямителя имеет много схожих черт. Поэтому ознакомимся сначала с общими правилами выбора рабочих агрегатов, при оценке мощности которых обычно руководствуются следующими соображениями:

для отдельных моделей сварочных аппаратов паспортные данные нередко завышаются производителем на 10-15%. Из этого следует, что при покупке следует выбирать прибор с некоторым запасом по мощности;
в отсутствии в паспорте графы «мощность» нужно ориентироваться на величину тока, которую аппарат потребляет в режиме максимальной нагрузки (для оценки его мощности это значение умножается на показатель действующего в сети напряжения – 220 или 380 Вольт);
при покупке сварочного аппарата, не рассчитанного на значительные перегрузки (на длительную эксплуатацию в «тяжёлых» режимах) большая мощность не требуется, в нормальных условиях сварки вполне достаточно прибора с рабочей нагрузкой порядка 120-130 Ампер.

При выборе трансформаторных аппаратов для ручного сваривания следует помнить о том, что со временем это оборудование изнашивается. Причём чем больше мощность и рабочий ток, тем сильнее нагрев сварочного аппарата и его износ.

Полуавтомат

Такой распространённый тип оборудования, как сварочный полуавтомат позволяет работать в широком диапазоне токов и выполнять непростые операции по сварке листовых заготовок и цветных металлов.

С помощью сварочного полуавтоматического оборудования удаётся сплавлять сложные в обработке изделия из тонколистового материала, с которыми обычно работают в авторемонтных мастерских.

Читать также: Размер мангала из железа

Эта разновидность сварных аппаратов позволяет варить в защитной среде аргона или углекислого газа, что повышает эффективность и качество сварки за счёт блокирования содержащегося в воздухе кислорода.

Иногда в этих целях используется специальная порошковая проволока, выполняющая функцию присадочного материала и также улучшающая качество сварного шва.

Рабочая мощность полуавтомата выбирается с учётом всех уже рассмотренных ранее факторов, к которым следует добавить особенность этого устройства.

Дело в том, что в момент включения полуавтоматического устройства наблюдается импульсный скачок потребляемого тока, что обязательно должно учитываться при оценке приобретаемой техники.

Важно сориентироваться и по стоимости выбираемого сварочного аппарата, которая напрямую связана с показателем его мощности. Однако в случае, когда необходимо работать с тонколистовыми заготовками и цветными металлами с дополнительными издержками при приобретении полуавтомата вполне можно смириться.

При оценке параметра потребляемого агрегатом тока (независимо от модели и класса) специалистами учитывается и такой мало знакомый любителям параметр, как коэффициент мощности сварочного инвертора или любого другого сварочного устройства. Эта величина учитывает реактивный характер нагрузки на сеть при подключении к ней того или иного сварочного аппарата.

Для некоторых из них (инвертора, в частности) преобладают емкостные показатели реактивных потерь, а для трансформаторных схем заметнее проявляются индуктивные составляющие.

В итоге еще раз надо стоит отметить, что мощность любого сварочного агрегата является важнейшим показателем эффективности его работы в различных режимах эксплуатации. Именно поэтому выбору этого параметра должно уделяться повышенное внимание.

Потребляемая мощность сварочного инвертора довольно просто вычислить по нехитрой формуле. Для понимания всех нюансов, связанных с работой сварочника, и аспектов вычисления его мощности нужно прояснить несколько моментов, которые необходимо знать всем, кто занимается сваркой. И неважно где вы проводите сварочные работы, у себя дома, в гараже, на даче или в профессиональном коллективе большого цеха или завода.

Выпрямитель

Этот аппарат относится к устройствам трансформаторного типа, работающим по принципу преобразования переменного напряжения в требуемую для сварки постоянную величину.

В отличие от типового преобразовательного прибора при работе с выпрямителем удаётся получать более стабильную дугу с хорошими качественными показателями и лучшими характеристиками.

Благодаря этому на нём удаётся варить не только обычные стальные изделия, но и цветные металлы, включая заготовки небольшой толщины. При работе с выпрямителем особого опыта проведения сварочных работ не требуется.

При определении требуемого показателя мощности этого аппарата обычно исходят из значения напряжения электрической дуги (для выпрямителя оно составляет 24 Вольта). Затем эта величина умножается на значение рабочего тока (обычно – 160 Ампер), что в результате даёт так называемую «мощность на дуге».

При необходимости точно оценить энергопотребление приобретаемого прибора в расчёты вводится поправка на непроизводительный нагрев оборудования (показатель полезного действия, равный примерно 0,65-0,7). Для устройств с бестрансформаторным выходом также должен учитываться коэффициент мощности (обычно он равен 0,95…1).

Инвертор

При покупке и выборе такой известной разновидности сварочного оборудования, как инверторный аппарат, также следует обращать внимание на показатель его мощности. При этом обязательно учитывается номинальное значение тока, при котором электронный прибор сможет интенсивно работать длительное время и не перегреваться.

Для обоснования правильности выбора инвертора рассмотрим пример работы с трёхмиллиметровым электродом и величиной рабочей нагрузки, равной 120-ти Ампер. В этом режиме удаётся сваривать металлические заготовки толщиной порядка 3-4 мм.

Из этого следует, что для расширения функциональных возможностей и мощности сварки инвертором желательно обеспечить небольшой запас по токовому параметру (до 160-180 Ампер).

Это позволит работать не в предельном (критическом), а в щадящем режиме, что заметно снижает вероятность выхода сварочного аппарата из строя и продлит его работоспособность.

При выборе размера запаса по току важно рассчитать не только величину рабочей нагрузки на сварочный аппарат, но и возможные отклонения питающего напряжения от номинала.

Запас по мощности может потребоваться и в тех случаях, когда длина используемых для подводки тока кабелей превышает 5 метров. При этом критичной считается их протяжённость, достигающая 15-ти метровой отметки.

Основные типы сварочных аппаратов

Устройство инвертора для сварки.

Инверторные сварочные аппараты подразделяются на три категории:

бытовые;
полупрофессиональные;
профессиональные.

Отмеченное разделение выполнено, в первую очередь, исходя из области и частоты использования устройства. Чтобы понять, какой нужен аппарат для сварки, необходимо определиться с условиями его применения.

Бытовые рассчитаны на непродолжительное время работы. Использовать подобные приборы для постоянной и длительной сварки не представляется возможным. Уже после 5-10 минут использования аппарату необходимо дать «отдохнуть» в течение такого же, а иногда большего, промежутка времени.

В то же время возможность подключения подобного инвертора в бытовую однофазную сеть делает его весьма удобным для использования в домашних целях. Для быстрой сварки металлических конструкций на даче или для домашней работы не столь критично, сколько сварочный инвертор сделает перерывов.

Инверторы полупрофессионального класса способны функционировать дольше, что достигается благодаря особенностям их конструкции. Подобные устройства используют при ремонте труб, изготовлении каркасов и металлоконструкций. Питаются они, как правило, от трехфазной сети.

Аппараты профессионального класса способны работать без перерыва на протяжении суток. Их сварочный ток может достигать 500 ампер. Это значит, что потребляемая мощность сварочного инвертора подобного типа будет наибольшей.

Все бытовые, некоторые полупрофессиональные и профессиональные аппараты способны питаться от сети 220 вольт. В то же время не стоит забывать, что ток электросети не может превышать 160 ампер.

Приобретая инвертор необходимо заранее рассчитывать, какая мощность ему необходима и какой ток он будет потреблять.

Подключение устройства с более высокими показателями может привести к выключению автомата, либо к выгоранию контактов розетки, так как оборудование рассчитано на большее количество киловатт.

Итак, на что же следует обращать внимание при выборе бытового инвертора? В первую очередь на сварочный ток, характеристика которого указывается производителем в паспорте или руководстве к прибору.

Потребляемая мощность сварочных аппаратов

Без верного и наиболее точного расчёта потребляемой мощности сварочный аппарат из полнофункционального агрегата превратится в источник проблем. К ним относят выгорание проводки и электрики, повреждение счётчика, возможность возгорания и возникновения пожара.

Сколько киловатт потребляют разные виды?

Потребляемая мощность сварочных аппаратов – величина, приближённо определяемая простым умножением рабочего тока на напряжение сварочной дуги, минус потери на нагрев (с учётом КПД электроники агрегата). Бытовая сеть с одной фазой рассчитана на мощность, превышающую 3 киловатта в непрерывном режиме. Однако мощность более 3,5 кВт не может обеспечиваться непрерывно.

Традиционная схема – сварочный трансформатор – потребляет порядка 10 кВт электроэнергии ежечасно. Этот показатель соответствует прерывистой работе в режиме «минуту варим, минута – перерыв в работе». Старшее поколение технически подкованных людей помнит, как скакало напряжение по всей улице, когда кто-то из соседей занимался сваркой: оно падало во время сварки с 220 до 180-200 вольт.

Но уличные кабели с площадью сечения в 10 мм2 выдержат ток сварочной дуги до сотен ампер, чего не скажешь о межквартирной или внутридомовой проводке. Потери электричества на трансформаторе при электросварке переменным током могут достигать 40%. Соответственно, КПД сварочного трансформатора опускается до 60%, когда сварщик варит много мощных металлоконструкций по несколько часов без перерыва.

Сварочный инвертор, ставший наиболее популярным, вписывается в требования квартирной однофазной линии. Он работает с напряжением сварочной дуги от 25, а не 41 вольт, как сварочный трансформатор. С учётом потерь и КПД импульсных схем, достигающих 90%, ток при 220 вольтах, равный 16 амперам, указанным на предохранителях-автоматах, при напряжении от 25 В достигнет порядка 120 А, минус потери на нагрев силовой электроники и работу охлаждающего вентилятора. Тока в 120 А хватит, чтобы сварить детали толщиной в 4-5 мм, используя электрод со стержнем диаметром в 3-3,2 мм.

Опытный сварщик помнит, что напряжение дуги ниже 20 В может не позволить её зажечь. Либо дуга загорится, но тут же погаснет. Возможно частое «чирканье» – по сути, короткое замыкание: искра приплавляет электрод к детали. Из-за приваривания электрода к свариваемой поверхности его нередко отрывают до нескольких секунд, особенно когда выходную цепь закоротило на большом токе, а электрод слишком толст.

Если напряжения не хватает, а ток близок к максимальному, указанному на регуляторе аппарата, такие замыкания вредны: полупроводниковые силовые элементы быстро нагреваются. Кулер (вентилятор) не успевает охлаждать всю систему, происходит тепловой пробой. Сварочник отправляется на капремонт в сервисный центр.

Как рассчитать потребление?

Расчёт потребления сварочника начинается с напряжения дуги, равное 20 единицам, прибавляемым к сварочному току, умноженному на 4%. Эта формула – константа, и другого пути для импульсной сварки на постоянном токе не существует. Нетрудно прикинуть, что для тока в 120 А пользователь получит 24,8 В. Разделив 220 В на 24,8, получаем 8,87. С учётом потерь порядка 5-10% округляем полученную величину в меньшую сторону – до 8. Ток в 16 А, указанный на автомате, берём не максимальным, а несколько меньшим – 15, и умножаем его на эти 8 единиц. Выходит, что для относительно безопасной сварки с перерывами (10 минут варим, 10-30 минут – перерыв) получили рабочий сварочный ток в 120 А при потребляемой мощности в 3,5 кВт/ч от сети 220 вольт. Пересчёт потребляемых киловатт берётся с расчётом на суммарное фактическое время горения сварочной дуги. Предположим, работа в общем отняла 3 часа – реально же сварщик варил, скажем, час с небольшим.

Если запас мощности инверторного агрегата позволяет (берётся полупрофессиональная модель на сварочный ток в 250-300 А), то можно, выставив 100-120 А на регуляторе, работать непрерывно по нескольку часов. Дело в том, что мощная силовая электроника нагревается меньше – в лучшем случае охлаждаемый радиатор будет тёплый, а не как кипяток, что обеспечит долговечность и надёжность аппарата. Структура полупроводника (силовых диодов и транзисторных ключей) не так быстро теряет оптимальные рабочие параметры. А значит, в преждевременной замене эти детали не нуждаются.

В целях безопасности на корпусе инверторных аппаратов печатается таблица соответствия толщины свариваемой стали диаметру электрода и рабочему току.

Сколько потребляет электроэнергии инвертор в режиме сварки и резки металла

Читать также: Марки шуруповертов аккумуляторных список

Вычисление мощности

Продолжительность включения – это характеристика, которая показывает, насколько качественный аппарат вы собираетесь использовать. Обычно это процентный показатель времени непрерывной работы инвертора относительно общего времени его использования. Показатель на уровне 50% скажет о том, что при работе 2,5 минуты аппарат должен отдыхать 2,5 минуты. Чем ниже показатель, тем дольше должны отдыхать цепи и тем быстрее сработает автоматическое реле отключения при перегреве.

Напротив, высокий процент покажет, что аппарат можно использовать достаточно долго, прерываясь лишь на замену электродов и проверку сварочного шва.

Схема работы сварочного инвертора.

Процент мощности вычисляется путем деления времени непрерывной работы на сумму времени непрерывной работы и времени паузы до следующего включения аппарата. Результат умножается на 100. Например, аппарат исправно работал 3 минуты, пока не сработала защита от перегрева, затем он находился в покое 2 минуты, после чего вновь был готов к работе:

3 мин / (2 мин + 3 мин) х 100 = 60

Коэффициент мощности для бытовых или полупрофессиональных сварочных аппаратов инверторного типа редко превышает порог 0,6-0,7. Это необходимо просто запомнить.

Все нужные для вычисления значения легко можно найти в технической документации для данного устройства, на сайте производителя либо на кожухе самого сварочного аппарата.

Представим, что для примера мы имеем сварочный аппарат, питающийся от сети переменного тока 160-220 В, имеющий максимальное значение тока 160 А при максимальном напряжении сварочной дуги в 23 В. КПД этой модели инвертора 0,89, а показатель ПВ, продолжительность включения, составляет 60%.

Теперь вычисляем максимальную потребляемую мощность инвертора с приведенными выше параметрами. Для этого сначала умножаем максимальное значение выходной силы тока на максимальное выходное напряжение. Получившийся результат разделим на значение КПД аппарата.

160 А х 23 В / 0,89 = 4135 Ватт

4,1 кВт – это мощность, которую аппарат потребляет непосредственно при сварке. Средняя мощность вычисляется путем умножения значения максимальной мощности на показатель продолжительности включения:

4135 Ватт х 0,6 = 2481

Средняя мощность инвертора является наиболее актуальным показателем, потому что сварка обычно не происходит непрерывно на протяжении многих часов или дней. Случаются паузы, когда сварщику требуется сменить электрод или подготовить детали к последующей обработке. Нередко сварочные работы можно провести на более низком показателе силы тока, в этом случае снизится и общая мощность, потребляемая инвертором. Подставляем в первую формулу значения, которые можно выставить на консоли сварочного агрегата и находим нужные параметры мощности.

Читать также: Подзарядка для аккумуляторных батареек

1.8. Выбор сварочных материалов. Расчет расхода сварочных материалов и электроэнергии при сварке

Марки электродов, сварочной проволоки и флюсов назначаются в соответствии со СНиП II-23-81 (прил. 2 табл. 55* СНиП II-23-81) «Стальные конструкции» с учетом типа конструкций и марки стали.

Потребность в электродах для ручной дуговой сварки на заданную программу определяется по формуле

где _э - масса наплавленного металла на одно изделие, определяемая расчетом;

М - программа выпуска;

k_э - отношение массы электродного покрытия к массе электродной проволоки (определяется по паспортным данным электродов, при укрупненных расчетах k_э = 0,4);

k_n - коэффициент перехода металла из электрода в шов, учитывая потери на угар.

Электроды с покрытием тонким 0,65-0,75

Электродная проволока для авто-

матической сварки под флюсом 0,92-0,99

Присадочная проволока для

сварки в СО₂ и аргоне 0,95-0,98

Годовую потребность в электродной проволоке для автоматической дуговой сварки под флюсом определяют также по выражению (1.3) при k_э = 0.

Расход флюса для автоматической и полуавтоматической сварки можно рассчитать по показателям как отношение _ф - расход флюса, к _э – расход проволоки. Для автоматической и полуавтоматической сварки можно принять

Расход газов при газовой сварке и резке, определяют по данным технологических режимов этих процессов.

Расход электроэнергии, затрачиваемой при различных способах сварки, определяют приближенно по справочным данным.

а) при дуговой сварке:

- ручная сварка при работе от сварочных трансформаторов - 3,5-4,0 квт-ч/кг наплавленного металла;

- ручная сварка при работе от однопостового сварочного агрегата постоянного тока с приводом от электродвигателя - 6-7 квт-ч/кг наплавленного металла;

- автоматическая сварка под флюсом - 3-4 квт-ч/кг наплавленного металла;

- ручная сварка при работе многопостового сварочного генератора постоянного тока - 10-11 квт-ч/кг наплавленного металла;

Данные расчета заносятся в карту технико-экономических показателей

1.9. Определение трудоемкости изготовления

Трудоемкость заготовительных и сборочно-сварочных работ определяется действующими укрупненными нормативами, которые приводятся в справочной литературе[6]. Руководствуясь действующими нормативами, студент определяет трудоемкость заготовительных и сборочно-сварочных работ при изготовлении заданного элемента конструкции.

Техническое нормирование предусматривает установление нормы времени по любой операции на основе тщательной проверки производственных возможностей оборудования, инструмента и наиболее эффективной организации труда с учетом производственного опыта.

Суммарная трудоемкость Т рассчитывается по формуле

где Т₁+Т₂+. +Т_n - трудоемкость различных операций по изготовлению, нормо-часах;

М - количество изделий данного типа в штуках на годовую программу.

Данные проведенного технического нормирования заносятся в карту технологического процесса изготовления (приложение 1.).

Читайте также: