Изучение источников питания для дуговой сварки

Н.В. Коберник, Р.С. Михеев

Изучение источников питания 
для дуговой сварки  

Учебно-методическое пособие

2-е издание

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 621.791 
ББК  34.441 
 К55 
 

 

2

Издание доступно в электронном виде по адресу 
ebooks.bmstu.press/catalog/47/book2008.html 
 
Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Технологии сварки и диагностики» 
 
Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия 
 
 
Коберник, Н. В. 

ISBN 978-5-7038-5161-6 

Дано описание устройства и работы источников питания для дуговой 
сварки, приведены методики измерения внешних вольт-амперных характеристик, 
правила настройки и использования оборудования для измерения 
электрических параметров источников питания. 
Для студентов 5-го курса МГТУ им. Н. Э. Баумана, обучающихся по 
специальности «Проектирование технологических машин и комплексов» и 
аспирантов, обучающихся по специальности 05.02.10 «Сварка, родственные 
процессы и технологии». 
 
УДК 621.791 
ББК  34.441 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016 
 Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-5161-6  
 
    МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019 

 
 

 
К55 
Изучение источников питания для дуговой сварки : учебно-
методическое пособие / Н. В. Коберник, Р. С. Михеев. — 2-е 
изд. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 38, 
[2] с. : ил. 

Предисловие 

Источник питания является основной частью любой установки 

для дуговой сварки. Он снабжает дугу электрической энергией, 
необходимой для реализации процесса сварки. Источники питания 
для дуговой сварки должны отвечать ряду технологических требований 
и обладать заданными сварочными свойствами. К основным 
характеристикам источников питания относятся: номинальный 
ток, пределы регулирования сварочного тока и напряжения на дуге, 
напряжение холостого хода, вид вольт-амперной характеристики (
ВАХ) и продолжительность нагрузки (включения).  

В методических указаниях приведено описание методик по-

строения внешних ВАХ (ВВАХ) источников питания постоянного 
и переменного тока. Особое внимание уделено конструкции источников 
питания для сварки, используемых в ходе выполнения 
лабораторных работ, и правилам их эксплуатации.  

В результате проведения лабораторных работ студенты будут:  
– знать способы настройки и эксплуатации различных источ-

ников питания для дуговой сварки; 

– владеть методикой измерения основных выходных параметров 

источников питания; 

– уметь формулировать технические требования к проектируе-

мым источникам питания. 
 
 

Работа № 1. ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ  
ВНЕШНЕЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ  
ИСТОЧНИКА СВАРОЧНОГО ТОКА  
ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ 

Цель работы — овладеть техникой экспериментального по-

строения статической ВВАХ, приобрести навыки самостоятельной 
работы с лабораторным и измерительным оборудованием и приборами.  


В результате выполнения лабораторной работы студенты 

должны:  

1) ознакомиться с методикой построения статических ВВАХ 

источников питания для сварки; 

2) изучить конструкцию и принцип работы лабораторного 

стенда для измерения тока и напряжения при построении ВВАХ; 

3) освоить подключение и настройку измерительных приборов, 

а также получить практические навыки работы с ними. 

Продолжительность работы — 5 ч. 
Оборудование: сварочный источник питания Kemppi MP2400, 

осциллограф Hantek DSO8060, лабораторный стенд для измерения 
тока и напряжения. 

Основные теоретические сведения 

Статическая внешняя вольт-амперная характеристика  
источника питания для сварки 

Статическая ВВАХ источника представляет собой зависи-

мость напряжения на внешних зажимах источника питания от тока 
во вторичной цепи (тока дуги): 

 
Uи = f(Iд). 

Статическая ВВАХ является одной из основных электрических 

характеристик источника питания для сварки, ее вид существенно 

влияет на процесс сварки. В общем 
виде ВВАХ можно получить из анализа 
обобщенной схемы системы 
«источник питания — сварочная дуга» (
рис. 1.1). В ней источник имеет 
постоянную ЭДС Eи и внутреннее 
сопротивление Zи, состоящее из активной 
Rи и индуктивной Хи частей: 

                     Zи = Rи + jХи. 
(1.1) 

На внешних зажимах источника 

создается напряжение Uи (между 
точками 1 и 2 на рис. 1.1). В последовательно 
соединенной цепи «источник 
питания — сварочная дуга» протекает 
сварочный ток Iд, одинаковый 
для дуги и источника питания. Нагрузкой источника питания является 
дуга с активным сопротивлением Rд, падение напряжения на 
которой Uд = IдRд. 

Источник питания может работать в одном из трех режимов: 

холостой ход, нагрузка, короткое замыкание. 

При работе источника питания в режиме холостого хода дуга 

не горит, ток отсутствует (Iд = 0). В этом случае напряжение на 
зажимах источника питания Uи имеет максимальное значение, которое 
называют напряжением холостого хода и обозначают Uх.х. 
Таким образом, при работе источника питания в режиме холостого 
хода 

 
Uи = Uх.х = Еи. 

При работе источника питания в режиме нагрузки через дугу и 

источник питания протекает ток Iд, а напряжение Uи ниже, чем при 
холостом ходе, на значение падения напряжения внутри источника 
(произведение IдZи). 

При работе источника питания в режиме короткого замыкания 

Uд = 0, поэтому напряжение источника Uи = 0. Ток короткого замыкания  

 

х.х
к.з
и
.
U
I
Z
=
 

 

 
Рис. 1.1. Обобщенная схема 
системы «источник питания — 
сварочная дуга» 

1

2

Статическая ВВАХ источни-

ка характеризуется: 

– напряжением 
холостого 

хода, Ux.х, В; 

– током короткого замыка-

ния, Iк.з, А; 

– наклоном ВВАХ, описыва-

емым дифференциальным сопротивлением 
ρ = ΔU/ΔI, В/А. 

В общем виде ВВАХ пред-

ставляет собой кривую, показанную 
на рис. 1.2, а ее уравнение — 
зависимость 

             Uи = Ux.х – IдZи.           (1.2) 

Согласно ГОСТ Р МЭК 60974–1–2004, различают следующие 

типы ВВАХ: 

– жесткую (при увеличении тока нагрузки напряжение либо 

уменьшается менее чем на 7 В / 100 А, либо возрастает менее чем 
на 10 В / 100 А); 

– падающую (при увеличении тока нагрузки напряжение 

уменьшается более чем на 7 В / 100 А). 

Измерения тока и напряжения при сварке 

Для измерения тока можно использовать три способа: 
– непосредственное подключение измерителя в разрыв измеря-

емой цепи; 

– измерение напряжения на шунте; 
– измерение с помощью датчика магнитного поля на основе 

эффекта Холла.  

Непосредственное измерение тока применяют только для то-

ков, не превышающих 10 А. 

Датчики с использованием эффекта Холла. Эффект Холла — 

это появление в проводнике с током, помещенном в магнитное поле, 
электрического поля, силовые линии которого перпендикулярны 
вектору магнитного поля и направлению тока. Это приводит к возникновению 
напряжения, пропорционального току, напряженности 

 

 
Рис. 1.2. ВВАХ источника  
питания 

1

2

3

магнитного поля и синусу угла между направлениями тока и вектора 
магнитного поля.  

Конструктивно датчики Холла состоят из чувствительного эле-

мента Холла, стабилизатора питания, схемы усиления сигнала и выходного 
каскада. Такие датчики позволяют измерять токи от долей 
ампера до десятков килоампер. Кроме широкого диапазона измерения 
достоинством этого метода является отсутствие гальванической 
связи между цепью измерения и измерительной цепью. Датчики 
тока бывают разъемными (токовые клещи) и неразъемными. Преимущество 
разъемных датчиков — простота подключения, недостаток — 
высокая погрешность при неплотном сжатии кромок. 

Измерение с помощью шунта применяют для токов, не превы-

шающих 1 000 А. Шунт является простейшим измерительным преобразователем 
тока в напряжение. Измерительный шунт представляет 
собой четырехзажимный резистор (рис. 1.3). Два входных 
зажима шунта 1 и 4 , к которым подводится ток I, называют токовыми, 
а два выходных зажима 2 и 3, с которых снимается напряжение 
Uш, — потенциальными. 

 

 

Рис. 1.3. Наружный шунт: 
1, 4 — токовые зажимы; 2, 3 — потенциальные зажимы 

 
Шунт имеет массивные наконечники из меди, которые служат 

для отвода теплоты от манганиновых пластин, впаянных между 
ними (манганин — термостабильный сплав на основе меди с добавкой 
марганца (11,5…13,5 %) и никеля (2,5…3,5 %)).  

Измерительный прибор присоединяют к потенциальным зажи-

мам 2 и 3, между которыми и заключено сопротивление шунта. 
При таком включении измерительного прибора устраняются по-

грешности от контактных сопротивлений. Падение напряжения на 
шунте Uш снимают с зажимов 2 и 3. 

Наружные шунты обычно выполняют калиброванными, т. е. 

рассчитывают на определенные токи и падения напряжения. Калиброванные 
шунты должны иметь номинальное падение напряжения 
из ряда 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ. 

Методика построения статической внешней  
вольт-амперной характеристики источника питания 

Для построения внешней характеристики источника питания для 

сварки на основе экспериментальных данных измеряют напряжение 
на внешних зажимах источника питания Uи и тока Iд, протекающего 
по вторичной цепи, при плавном изменении сопротивления нагрузки. 
В качестве нагрузки используют линейные активные сопротивления, 
входящие в состав балластного реостата (рис. 1.4).  

 

 

Рис. 1.4. Балластный реостат: 
а — общий вид; б — электрическая схема  

Для построения статической ВВАХ к источнику питания для 

сварки параллельно подключают балластный реостат. Между балластным 
реостатом и источником питания включают лабораторный 
стенд для измерения тока и напряжения (рис. 1.5). 
 

 

 

Рис. 1.5. Лабораторный стенд для измерения тока и напряжения: 
а — общий вид; б — схема подключения измерительного прибора к лабораторному 
стенду (1–3 — клеммы стенда) 

 
Измерительный стенд оснащен шунтом для измерения сва-

рочного тока (до 300 А), а также клеммами для подсоединения 
источника питания для сварки и измерительного прибора. Между 
клеммами 1 и 2 возникает напряжение, равное напряжению на 
внешних клеммах источника питания для сварки Uи, между 
клеммами 2 и 3 — напряжение, снимаемое с шунта Uш.  

Измерительным прибором служит цифровой осциллограф 

Hantek DSO8060 (рис. 1.6). Это универсальный измерительный 
прибор, сочетающий в себе функции осциллографа, генератора 
сигналов и мультиметра.  

Рис. 1.6. Цифровой осциллограф Hantek DSO8060 и его составные 
части: 
1 — блок питания; 2 — входные разъемы; 3 — щупы для измерения 
напряжения; 4 — щупы для снятия осциллограмм; 5 — входные каналы 
для щупов 
 
Для построения статической ВВАХ с помощью контактных 

ножей балластного реостата задают сопротивление нагрузки и с 
помощью осциллографа Hantek DSO8060 измеряют значения 
напряжений Uи и Uш. Затем сопротивление нагрузки изменяют с 
помощью контактных ножей балластного реостата. При уменьшении 
сопротивления нагрузки увеличивается ток во вторичной цепи 
Iд и уменьшается напряжение Uи на зажимах источника питания 
для сварки.