Скважность следования импульсов: что такое скважность в электронике и в чем измеряется?

что такое скважность в электронике и в чем измеряется?

Содержание:

Общая информация

К основным параметрам последовательности импульсов относятся:

• l амплитуда импульса – Um,
• l длительность импульса – tu,
• l длительность паузы – tn,
• l период следования T или частота f = 1/T следования.

Если длительность tu всех импульсов, входящих в состав последовательности, и всех пауз tn постоянна в течение времени, то она называется периодической.

Важным параметром периодического импульсного процесса является скважность импульсов S. Скважность импульсов – это отношение периода следования к длительности импульса,  рассчитывается по формуле:

Эффективность S при управлении устройства достигается при стабильной частоте сигнала. Иногда используют обратную величину D – коэффициент заполнения, рассчитывается по формуле:

При равенстве tu и tn скважность равна 2, и сигнал называется меандром. S и D – безразмерные величины, так как время делится на время. В цифровых устройствах применяются импульсы различной формы. Формой импульса называется графическое изображение закона изменения импульсного напряжения во времени. На рис. ниже показаны формы сигналов:

• а – прямоугольная,
• б – трапецеидальная,
• в – экспоненциальная,
• г – колокольная,
• д – ступенчатая,
• е – пилообразная.

Виды импульсных сигналов

Техническая характеристика формы импульсов связана с количественной оценкой основных параметров импульса, свойств отдельных его участков, которые играют разную роль при воздействии импульса на устройство. На рис. выше изображены идеализированные формы импульса. Из-за переходных процессов в устройствах (формирования и усиления импульсов) существует реальная форма, например, прямоугольного импульса (рис. ниже).

Реальная форма импульса

Основные параметры импульса – это:

• l Размах импульса – Um,
• l Длительность импульса – tи,
• l Длительность переднего фронта – tф,
• l Длительность заднего фронта – tсп,
• l Спад вершины – ΔU,
• l Размах выброса заднего фронта – Um обр,
• l Длительность выброса заднего фронта – tи обр.

Указанные величины считываются между уровнями 0.1 и 0.9 от амплитуды в микросекундах, в зависимости от частоты сигнала. Амплитудные – в вольтах.

Определить параметры импульсного сигнала можно с помощью осциллографа, частотомера или мультиметра.

Одной из важнейших величин в импульсной технике является скважность S. Скважность S характеризует прямоугольный импульс, и определяет то, во сколько раз период импульса T больше его длительности t1. Так, меандр, например, имеет скважность равную 2, поскольку длительность импульса в такой последовательности равна половине его периода: S=T/t1=2.

Как видим, и в числителе, и в знаменателе стоят продолжительности, измеряемые в секундах, поэтому скважность — величина безразмерная. Для справки напомним, что меандр — это такая импульсная последовательность, где длительность положительной части импульса t1 равна длительности его исходного состояния t0.

Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения D. Таким образом, теоретически скважность может изменяться от бесконечности до 1, тогда как соответствующий ей коэффициент заполнения может принимать значения от 0 до 1. Записывать величину скважности часто более удобно, чем коэффициент заполнения в виде дроби.

Например: D=0.5 – коэффициент заполнения меандра, или скважность S=2 – более удобочитаемая запись того же самого. Скважность S=10 соответствует коэффициенту заполнения D=0.1 — имеется ввиду, что продолжительность импульса в 10 раз меньше его периода (суммы его положительной и исходной частей).

Когда заходит речь о широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то говорят, что при в драйвере происходит изменение ширины или длительности импульса, практически имеется ввиду изменение скважности при постоянной частоте. В этом контексте чем больше скважность — тем уже импульс, чем меньше скважность — тем шире импульс.

Здесь и просматривается этимологическая связь с русским словом «скважина»: большая скважина (по сути – яма между импульсами в последовательности) — сам импульс выглядит как более узкий, маленькая скважина — импульсы широкие (а вот яма между ними – узкая).

В англоязычной литературе не используется термин «скважность», а используется лишь термин «duty cycle» – рабочий цикл, являющийся аналогом русскоязычного термина «коэффициент заполнения» (D), только указывается он обычно не дробью, а в процентах. Например, мы пишем D=0.5, а в англоязычной литературе можно встретить 50% duty cycle или D = 50%, когда речь идет о меандре. Или D = 30% если длительность импульса соотносится с его периодом как 30 к 100.

Давайте рассмотрим простой практический пример. Лампочка включается на одну секунду через каждые 59 секунд, затем на 59 секунд гаснет, и так все время повторяется в течение неопределенного времени.

Что это значит? Длительность импульса t1 = 1 секунда, период импульса T = 59+1 = 60 секунд. Следовательно с какой скважностью включается лампочка?

Со скважностью S = 60/1. Скважность 60. Значит коэффициент заполнения равен 1/60, то есть D = 0,01666 или duty cycle 1,66%. В данном примере отчетливо видно, что запись в терминах скважности S = 60 более удобочитаема и точна, чем запись в форме коэффициента заполнения D = 0,01666 или duty cycle 1,666%.

Наконец, еще одно полезное применение скважности. Счетчики-дешифраторы импульсов (типа К561ИЕ8) способны делить импульсную последовательность на отдельные импульсы, здесь снова значение скважности подходит лучше, оно может быть определено через разрядность счетчика и сосчитано (пропорционально количеству импульсов, подсчитанных счетчиком).

Таким образом, даже для цифровой техники оперирование напрямую скважностью импульсов часто оказывается более удобным, чем свойственным принятому в англоязычной литературе коэффициентом заполнения.

Скважность – прямоугольный импульс

[Скважность] = [Период следования импульсов (T), с] / [Длительность импульса (L), с]

Скважность – величина, обратная коэффициенту заполнения.

Чем короче импульс, тем больше скважность. Если длительность импульса стремится к нулю, то скважность стремится к бесконечности.

Сква́жность (в физике, электронике) — один из классификационных признаков импульсных систем, определяющий отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса. Величина, обратная скважности и часто используемая в англоязычной литературе, называется коэффициентом заполнения

Обобщенный коэффициент заполнения, скважность

Для сложных сигналов также можно ввести понятия коэффициента заполнения и скважности. Будем называть их обобщенными.

[Обобщенный коэффициент заполнения] = [Среднеарифметическое значение напряжения сигнала за период, В] / [ Амплитуда сигнала (A), В]

Легко показать, что эта формула для прямоугольных импульсов сводится к приведенной выше.

[Обобщенная скважность] = 1 / [Обобщенный коэффициент заполнения]

Обобщенным коэффициентом заполнения оперируют довольно часто. К понятию обобщенной скважности практически не прибегают.

Чем отличается скважность и коэффициент заполнения импульсов

Одной из наиболее важных величин в импульсной электронике – это скважность, обозначаемая латинской буквой S. Она дает характеристику импульсам прямоугольной формы и показывает, как относится их период T ко времени t1. К примеру, коэффициент меандра равен 2, поскольку время t1 в этой последовательности составляет половину периода: S = T / t1 = 2.
И в числителе, и в знаменателе находится время, выраженное в секундах. При вычислениях они сокращаются, поэтому коэффициент является величиной, не имеющей единиц измерения.

Генератор скважности

Меандр представляет собой поток импульсов, в котором отрицательные и положительные части имеют одинаковую продолжительность.
Инверсия скважности имеет название коэффициент заполнения. Следовательно, скважность способна принимать множество значений от бесконечности до единицы, а рабочий цикл этого же потока импульсов, как еще могут называть коэффициент заполнения, способен принимать значения от 0 до 1. Часто удобней записывать не данный коэффициент, измерение которого производится десятичными дробями, а скважность, которая равна, чаще всего, целому числу.
Например: D = 0,5 или S = ​​2 – эти две записи означают одно и то же, но вторую читать легче. Рабочий цикл S = 10 соответствует показателю D = 0,1 – это означает, что длительность импульса в 10 раз меньше его периода.
В широтно-импульсной модуляции (сокращенно, ШИМ) прибор изменяет ширину или продолжительность импульса, при этом будет соответственно изменяться и коэффициент. Частота при этом будет постоянной. В таком случае, чем больше величина, показывающая скважность, тем более узким будет импульс, и, наоборот – при минимальной скважности будет достигаться максимальная ширина.
При изучении данного явления просматривается этимологическая связь с словом «скважина» из русского языка: широкая скважина (на самом деле, это промежуток между импульсами в потоке) – положительные части узкие, узкая скважина – положительные части широкие (но свободное пространство между ними мало).

Важно: У англоязычных авторов термин «скважность» не встречается вовсе, а для его замены применяют понятие «рабочий цикл» – аналогичный российскому коэффициенту заполнения (D). Однако в английской литературе он выражается не дробным числом, а процентом. Например, если D = 0,5 в западных пособиях будет указано: D = 50%.

Характеристики скважности

Коэффициент заполнения и показатель скважности зависят от уровня получаемого колебания, при этом его частота определяется параметрами генератора. Для вычисления скважности имеют наибольшее значение два основных критерия:

• Период Т.
• Длительность импульса t1.

Характеристики

Принцип действия

Для формирования прямоугольного колебания в устройствах-модуляторах имеется специальная микросхема-контроллер либо аналоговая микросхема. Подключение происходит посредством цепи на полупроводнике. Полупроводник имеет только два состояния:

• Закрытое
• Открытое.

Важно! Работа всей цепи зависит от характера колебаний. Следовательно, если лампа подключена через полупроводниковый прибор, она начнёт мерцать с заданной частотой.

Однако, когда частота превышает 50 Гц, из-за особенностей глаз человека, мигание сливается в единое свечение. Но таким образом можно регулировать и яркость свечения. Снижение коэффициента повлечет за собой уменьшение яркости света, выдаваемой лампой.

Подобную схему можно использовать для постоянных двигателей. Уменьшение частоты провоцирует снижение скорости вращения двигателя, а высокие – к большей мощности агрегата.

В аналогичных устройствах применяется полупроводниковый переключатель, который имеет высокую скорость срабатывания и низкую проводимость, поскольку в противном случае устройство может запаздывать.

Как обозначается

Скважность обозначается английской буквой S, величина, обратная ей – коэффициент заполнения – буквой D. Данные обозначения используются и в русской, и в англоязычной литературе.

Формы сигналов

Сигналы различаются по форме и характеристикам:

• Синусоида. Переменный ток на выходе из дома представляет собой синусоидальную волну, которая изменяется во времени с частотой 50 Гц. Для синусоидального колебания период можно выражать не в секундах, а в градусах или в радианах. При этом, необходимо учитывать, что полный период равен 360 ° (при использовании градусной меры) или 2п (если применяется радианная мера)

Важно! Период и частота математически зависят друг от друга. По мере того, как период уменьшается, частота увеличивается, и наоборот.

Синусоид

• Поскольку меандры имеют симметричные прямоугольные волны, периоды T и t1 которых равны, они широко используются в электронных цепях часов и сигналов синхронизации. На входе и выходе практически всех цифровых логических схем используются такие сигналы. Поскольку они симметричны, длительность положительной части равняется временному промежутку, когда импульс отрицательный (ноль). У сигналов, используемых в качестве тактовых сигналов в цифровой технике, длительность положительного импульса называется временем заполнения цикла.

Меандр

• Разница между прямоугольным сигналом и меандром заключается в том, что длительности положительной и отрицательной частей периода не равны друг другу. Поэтому прямоугольные сигналы классифицируются как несбалансированные.

Прямоугольный сигнал

Важно! Сигнал может принимать и положительные, и отрицательные значения, подвергаясь изменениям. В показанном потоке время положительного импульса больше, чем длительность отрицательного импульса, хотя бывает и наоборот.

Как измерить скважность с помощью формулы

Скважность прямоугольных импульсов S – это отношение периода T ко времени импульса, обозначаемого буквой t1. Также, стоит отметить, что рабочий цикл D – это значение обратное скважности:

Скважность формула

Скважность сигнала – одна из самых важных характеристик в импульсной технике. Ее основные характеристики – это период и время численного значения импульса. Изменяя эти характеристики, можно повлиять на всю цепь.

Управление скважностью

С помощью цифровых сигналов происходит управление разнообразными устройствами. Первое применение такого управления использовалось при передаче информации кодом Морзе. Сигнал передаётся короткими и длинными импульсами. Каждой букве соответствует определённый набор точек и тире. Сегодня этот метод управления используется для ШИМ-управления.

При изменении D (коэффициент заполнения) от 0 до 1 добиваются нужного напряжения на выходе электронного устройства. Таким образом, можно управлять оборотами двигателя, освещением, яркостью дисплея и т.д. При формировании прямоугольных импульсов используются специально разработанные микросхемы, например, NE555, NL494, КР1006ВИ1, IR2153, и микроконтроллеры: Arduino, AVR, SG2525A.

Для обеспечения надёжной работы управляемых устройств к  параметрам импульсного сигнала предъявляются жестокие требования по их стабильности. Это достигается применением кварцевого генератора и хорошей переходной характеристикой схемы формирования управляющих импульсов.

Предыдущая

РазноеЧто такое однолинейная схема электроснабжения и какие требования для её проектирования?

Следующая

РазноеОтносительная диэлектрическая проницаемость

Тема 1.

2. Тема 1.2.

---

[Список тем] страницы темы: [?]

---

Тема 1.2. Принцип передачи аналоговых сигналов по каналам систем передачи с ВРК.

Виды импульсной модуляции.

При передаче аналоговых сигналов по каналам систем передачи с ВРК в качестве переносчика (несущей) используется периодическая последовательность импульсов. Поскольку в качестве несущей используется последовательность импульсов, период следования которых определяется по теореме Котельникова, то любые виды модуляции этой последовательности называются импульсными.

T ≤ (0.8 … 0.9) / 2Fm,     (1.5)

где: Fm – максимальная частота спектра модулирующего сигнала

Пределы изменения параметров импульсов выбираются такие, чтобы при модуляции импульсы не перекрывались. Параметрами периодической последовательности прямоугольных импульсов, которыми можно управлять модулирующим сигналом являются:

1. Амплитуда – Um
2. Длительность импульса – τ_и (ширина импульса)
   Скважность Q = Тс / τ_и
3. Период следования Тс, или частота следования Fс = 1 / Тс

Круговая частота следования ω_c = 2πFc = 2π/Tc.
4. Положение импульсов во времени относительно тактовых моментов времени (сдвиг импульсов относительно этих тактовых моментов называют “фазой последовательности импульсов”).

Изменяя один из названных параметров периодической последовательности импульсов, можно получить четыре основных вида импульсной модуляции: АИМ, ШИМ, ЧИМ, ФИМ. Например на Рис. 1.б приведена временная диаграмма модулирующего сигнала U(t) – гармонического колебания длительность периода которого намного больше длительности периода следования Тс импульсов несущей последовательности.

На Рис. 1.в,г,д,е изображены временные диаграммы, характерные для указанных видом импульсной модуляции.

Рис. 1. Временные диаграммы при импульсной модуляции
     а – несущая последовательность импульсов
     б – модулирующий сигнал
     в – сигнал с АИM
     г – сигнал с ШИМ
     д – сигнал с ЧИМ
     е – сигнал с ФИМ

Так, при АИМ изменение амплитуды импульсов несущей последовательности пропорционально изменению мгновенного значения модулирующего сигнала U(t). В Лекции 2 “Принцип временного разделения каналов” указаны отличительные особенности АИМ-2 от АИМ-1. Для получения АИМ-2 необходимо, кроме операции прерывания (коммутации) модулирующего сигнала, запомнить его мгновенное значение в начале отсчета на время, равное длительности отсчета. Постоянное значение амплитуды импульса АИМ-2 сигнала в пределах его длительности, особенно важно для уменьшения погрешности при дальнейшей цифровой обработке сигнала. Общий характер спектров сигналов АИМ-1 и АИМ-2 одинаков (Рис. 1.е). Есть и различия, которые сводятся к следующему. При АИМ-1 Амплитуда колебаний двух боковых частот, симметрично расположенных по обе стороны каждой гармоники дискретной несущей равны между собой. При АИМ-2 эти амплитуды различны. Указанные различия между сигналами АИМ-1 и АИМ-2 сказываются тем меньше, чем короче импульсы, или чем больше их скважность, и при τ

ии

При ШИМ изменяется длительность (ширина) импульсов несущей последовательности. При ЧИМ пропорционально изменениям значения модулирующего сигнала меняется частота следования импульсов несущей последовательности, а при ФИМ – их временное положение относительно тактовых моментов времени.

Спектр при импульсных видах модуляции зависит от спектра модулирующего сигнала, вида и параметров модуляции. Аналитическое выражение спектра достаточно сложное. Периодическую последовательность импульсов несущей можно разложить в ряд Фурье. При модуляции каждую из гармонических составляющих ряда Фурье можно рассматривать как “индивидуальную” несущую, возле которой располагаются верхняя и нижняя боковые полосы частот. Кроме того, в спектре импульсных модуляций обязательно содержится низкочастотный спектр модулирующего сигнала. При скважности Q > 10 боковые полосы частот не дают заметного расширения спектра в сравнении со спектром несущей.

Следовательно, для импульсных видов модуляции (кроме ШИМ) ширина спектра не зависит от вида модуляции и ее параметров, ни от модулирующего сигнала, ни от периода следования импульсов, а определяется только длительностью импульса несущей и обратно пропорциональна длительности импульса несущей (чем меньше длительность прямоугольного импульса τ

и , тем шире его спектр).

Передача импульсно-модулированных сигналов по высокочастотным линиям связи принципиально невозможна по следующим причинам:

1). Накопление помех при передаче.
     2). Присутствие низкочастотных составляющих в спектре импульсно-модулированных сигналов.

В случае АИМ изменяется амплитуда импульсов, т.е. АИМ сигнал характеризуется тем, что импульсы появляются в определенные тактовые моменты времени, но амплитуда их может принимать бесконечное множество возможных значений в пределах заданною диапазона. Поэтому если из-за действия помех в линии будут искажены амплитуда и моменты появления АИМ импульсов, то в пункте приема можно восстановить только период следования импульсов (тактовые интервалы). Устранить влияние помех на амплитуду невозможно, и следовательно, при АИМ, как и при передаче аналоговых сигналов, происходит накопление помех.

Амплитуда ШИМ, ФИМ, ЧИМ сигналов постоянна, и в процессе модуляции не изменяется. Поэтому ее флуктуации из-за действия помех при передаче могут быть устранены в пункте приема путем амплитудного ограничения. Искажение временных соотношении у передаваемых последовательностей невозможно устранить, а поскольку именно временные параметры указанных видом модуляции несут информацию о сообщении, то в случае использования ШИМ ЧИМ, ФИМ так же происходит накопление помех.

Для исключения явления накопление помех применяются цифровые виды модуляции. Перенос спектра импульсно-модулированных сигналов в область более высоких частот производится повторной модуляцией, называемой двойной: модулированными импульсами снопа модулируется гармоническая высокочастотная несущая. При этом можно получить более 10 различных видов двойных модуляций: АИМ-АМ, ШИМ-АМ, ФИМ-АМ, АИМ-ЧМ, ФИМ-ЧМ и др. Сточки зрения помехоустойчивости предпочтительнее ФИМ-АМ при скважности импульсов Q > 10.

Контрольные вопросы и задания

---

[Список тем] страницы темы: [?]

---

Формула рабочего цикла

: Как рассчитать рабочий цикл частоты

Обновлено 25 февраля 2023 г.

Дуайт Честнат

Рабочий цикл сигнала измеряет количество времени, в течение которого данный сигнал активен в системе или приемнике. Это соотношение времени определяет мощность, передаваемую сигналом. Сигналы с более длительным рабочим циклом несут большую мощность. Это делает сигнал более сильным, надежным и легко обнаруживается приемным оборудованием, но, как следствие, для его поддержания также требуется больше энергии. Для сигналов с более длительными рабочими циклами требуются менее эффективные приемники. Более короткие рабочие циклы также могут быть очень полезными; с физическими выходами, которым не требуется постоянный сигнал для продолжения работы — например, электродвигатель, который будет продолжать вращаться без постоянной мощности — короткие циклы могут снизить среднюю мощность и сэкономить энергию.

Измерение периода, частоты и длительности импульса

Чтобы рассчитать коэффициент заполнения, нам нужно сначала найти частоту или период переменного сигнала. Это можно определить с помощью нескольких методов, но первоначальный подход может заключаться в измерении ширины импульса передаваемого сигнала. Чтобы сделать это с неизвестным сигналом, мы можем подключить выход сигнала ко входу осциллографа. Осциллограф — это прибор, отображающий на своем дисплее переменные сигналы с течением времени. На экране осциллографа появится серия импульсов, колеблющихся с частотой сигнала. Затем мы можем измерить ширину в секундах или микросекундах каждого импульса. Это ширина импульса или PW сигнала.

Как только мы найдем ширину импульса, мы также хотим узнать частоту или период. Осциллограф, вероятно, может измерить частоту входного сигнала, или есть другие методы определения этого значения.

При расчете рабочего цикла используется период (T), учитывая частоту, мы вычисляем период (T) частоты (f) по формуле:

T = \frac{1}{f}

• Частота измеряется в единицах, называемых Гц, которые представляют собой количество экземпляров в секунду. Когда частота особенно велика, мы можем использовать кГц или МГц, особенно низкая частота может находиться в диапазоне Гц или мГц.

Расчет рабочего цикла

Теперь, когда у нас есть период (T) и ширина импульса (PW), мы можем рассчитать рабочий цикл (D) с помощью следующего уравнения:

D = \frac{ PW}{T}

Например, если PW равно 0,02 секунды, а T равно 0,05 секунды, тогда

D = \frac{0,02}{0,05} = 0,4 \text{ \ or \ } 40\%

Практическое использование рабочих циклов

Во многих областях, таких как электротехника, рабочие циклы важны для эффективного и действенного обеспечения энергией в конкретной ситуации. Многие приложения двигателей, физической электроники и даже музыки используют то, что называется широтно-импульсной модуляцией или ШИМ, для управления рабочим циклом и необходимой подводимой мощностью (которую можно назвать входным напряжением или током). Коэффициент заполнения играет ключевую роль в представлении соотношения времени включения и времени выключения для данного источника питания.

Это важно не только для управления и экономии энергии. Выбор правильного значения рабочего цикла может предотвратить перегрев и даже передать информацию; микроконтроллеры используют ШИМ для настройки своего управляющего интерфейса в системе.

Геометрия сигнала

Когда мы говорим о ширине импульса или частоте, мы имеем в виду функцию, известную как прямоугольный сигнал (иногда также называемый прямоугольным сигналом). Точно так же, как звуковая или световая волна, эти прямоугольные формы волны имеют амплитуду, частоту и период, но в то время как классические волновые функции часто представляются как синусоидальная волна, прямоугольные формы волны позволяют волне чередоваться между определенными максимальными и минимальными значениями без промежуточные значения. Они по-прежнему действуют как осциллятор, но они несут разную информацию, поскольку сигнал имеет либо максимальную мощность, либо минимальную мощность, а не что-то среднее между ними.

В примерах электроники, используемой с рабочими циклами, форма волны измеряется как сигнал ШИМ, где время активности — это пиковая мощность, а время простоя — это минимальная мощность.

• В цепях определенная последовательность конденсаторов, резисторов, катушек индуктивности и других компонентов действует как регуляторы выходного напряжения (выходной мощности). Схемы могут быть очень сложными, но они очень важны для понимания того, как можно создавать и регулировать колебательные волны мощности.

Что такое рабочий цикл в сварке? (с таблицей)

Рабочий цикл сварки представляет собой процентную долю 10-минутного интервала, в течение которого источник сварочного тока может непрерывно выдавать номинальную силу тока. Рабочий цикл сварочного аппарата определяет, как долго сварочный аппарат может выдавать номинальную силу тока, прежде чем ему потребуется охлаждение.

Например, сварщик с номинальным рабочим циклом 200 А при нагрузке 60 % может выдавать 200 А в течение шести минут, прежде чем ему потребуется отдохнуть в течение оставшихся четырех минут 10-минутного интервала.

Вот хорошее видео, объясняющее суть этого:

Значение ПВ при сварке

Сварочные аппараты переходят в режим тепловой перегрузки при превышении предела ПВ во время сварки. Мощность дуги отключается, а охлаждающий вентилятор продолжает работать, помогая отводить тепло от чувствительных частей внутри сварочного аппарата.

Визуализация рабочего цикла

Внутренние компоненты сварочных аппаратов, такие как IGBT-транзисторы, трансформаторы, выпрямители, конденсаторы и резисторы, во время сварки нагреваются. Чем выше выходной ток, тем больше выделяется тепла. Любая из этих частей может выйти из строя, если машина перегружена. Поэтому производители разрабатывают и тестируют свои сварочные аппараты, чтобы определить оптимальный рабочий цикл для безопасной работы.

Рабочий цикл является важным показателем, поскольку он дает общее представление о том, с какими работами может справиться сварщик. Например, сварочные аппараты-любители обычно имеют более короткие рабочие циклы, а профессиональные — гораздо более длительные.

Всегда ли рабочий цикл проверяется одинаково?

Рабочий цикл не всегда проверяется одинаково. Это создает путаницу и несправедливое «преимущество» среди производителей сварочных аппаратов.

10-минутный период рабочего цикла является золотым стандартом в отрасли, и его используют большинство производителей в США, ЕС и Австралии. Тем не менее, ничто не мешает бренду оценивать своих сварщиков, используя 5-минутный период времени, что позволяет им заявлять о гораздо более длительном рабочем цикле. В этом примере до 50% дольше.

Однако, если производитель отклоняется от 10-минутного рейтинга, он не может утверждать, что соответствует европейскому стандарту EN60974-1 или австралийскому стандарту AS60974-1 (на основе стандарта ЕС).

Кроме того, в том же стандарте AS/EN60974-1 указано, что испытания должны проводиться при температуре окружающей среды 40°C после как минимум двух тепловых перегрузок. Таким образом, если бренд тестирует свои сварочные аппараты при температуре 20°C или не перегружает аппарат дважды во время предварительного тестирования, он может заявить завышенное значение.

Как вы понимаете, испытание аппарата для холодной сварки при низкой температуре окружающей среды дает более высокий рейтинг. Но такие тесты не являются подлинными. В реальном мире машина должна достичь своего номинального рабочего цикла даже после нескольких последовательных тепловых перегрузок.

Убедитесь, что сварочный аппарат, который вы покупаете, соответствует стандарту AS/EN60974-1. У многих сварочных аппаратов этот стандарт указан на табличке с техническими характеристиками сзади. Прочтите руководство пользователя или обратитесь в службу поддержки бренда, если его там нет.

И последнее замечание: невозможно сравнивать два сварочных аппарата, если рабочие циклы тестировались по-разному. Стандарт AS/EN60974-1 широко распространен, и бренды, заявляющие о высоких рабочих циклах без использования этого стандарта, скорее всего, преувеличивают свои цифры. Будьте осторожны с такими маркетинговыми уловками.

Изображение задней панели инверторного сварочного аппарата переменного/постоянного тока TIG-250P компании YesWelder с печатным стандартом IEC 60974-1. IEC — сокращение от Международной электротехнической комиссии. AS/EN60974-1 и IEC 60974-1 это те же стандарты.

Стандарт AS/EN60974-1 также требует, чтобы защита сварщика от тепловой перегрузки выдерживала 100 последовательных перегрузок для устройств с рабочим циклом 35 % или выше. Машины с рабочим циклом ниже 35% должны выдерживать 200 перегрузок. Таким образом, если сварочный аппарат не соответствует этому стандарту, его внутренние компоненты могут быть некачественными.

Изображение абзаца из стандарта IEC EN60974-1

Является ли рабочий цикл лучшим способом оценки сварщика?

Рабочий цикл — не единственный лучший способ оценки сварщика. Существует множество других факторов, которые следует учитывать при выборе машины. Тем не менее, рабочий цикл является одной из важнейших характеристик, которые следует учитывать.

Пример диаграммы рабочего цикла для сварочного аппарата с двойным напряжением (120 В и 240 В)

Сварочный аппарат с коротким рабочим циклом будет постоянно перегреваться, если вы планируете выполнять сварку в больших объемах при высокой выходной силе тока. Точно так же покупка высококачественного сварочного аппарата — пустая трата денег, если вы любитель или вам нужен сварочный аппарат для легкой сварки в цеху.

Помимо рабочего цикла, вы должны учитывать диапазон выходной силы тока сварочного аппарата, включенные функции, портативность, качество сборки и, самое главное, гарантию. Если сварочный аппарат имеет большой рабочий цикл, но на него распространяется гарантия менее года, он, скорее всего, выйдет из строя быстрее, чем вам хотелось бы.

Кроме того, учтите, что вы вряд ли сможете сваривать при температуре окружающей среды 40°C после двух последовательных тепловых перегрузок. Таким образом, какую бы машину вы ни купили, у вас, вероятно, будет более длительный рабочий цикл, чем тот, который указан на этикетке, если производитель соблюдает стандарт AS/EN60974-1.

Взгляните на сравнение рабочего цикла в видео ниже. Все четыре марки превзошли свои номинальные рабочие циклы при испытаниях в реальном сварочном цеху. Наиболее вероятные причины: температура окружающей среды была ниже 40°C, а сварщики были холодными в начале испытаний.

Рабочий цикл, техническое обслуживание и влажность

Помимо температуры окружающей среды, на рабочий цикл вашего сварочного аппарата могут влиять пыль и другой мусор. Если вентиляционные отверстия забиты мусором, ваша машина будет перегреваться быстрее. Кроме того, если пыль «изолирует» чувствительные компоненты внутри сварочного аппарата, тепло будет труднее рассеиваться. Слой пыли действует как одеяло. Поэтому убедитесь, что охлаждающие вентиляторы не заблокированы, и регулярно выполняйте техническое обслуживание сварочного аппарата.

Кроме того, влажность может влиять на рассеивание тепла и сокращать рабочий цикл. Окружающий воздух с высокой относительной влажностью имеет более низкую теплопроводность, что замедляет передачу тепла от нагретых элементов внутри сварочного аппарата в атмосферу. Если вы работаете в условиях повышенной влажности, рабочий цикл может сократиться.

Рабочие циклы для различных сварочных процессов

Такие процессы дуговой сварки, как MIG, TIG и SMAW, предъявляют к сварщику различные требования. В результате они имеют присущие им различия, которые напрямую влияют на потребности рабочего цикла.

Рабочий цикл сварки МИГ

В процессе сварки МИГ используется автоматическая подача проволоки и обеспечивается непрерывная сварка. Поскольку процесс не требует частых пауз, сварочные аппараты MIG часто имеют длительные рабочие циклы.

Конечно, если вы выполняете сварку только легкого листового металла, вам подойдет сварочный аппарат MIG с коротким рабочим циклом. Но, если вы планируете сваривать толстые секции с помощью сварочного аппарата MIG, вам следует приобрести аппарат с высоким рабочим циклом.

Вы должны учитывать толщину, которую вы хотите сварить, и силу тока, необходимую для этого. Затем купите сварочный аппарат с рабочим циклом не менее 60% при требуемой силе тока.

Рабочий цикл сварки ВИГ

Процесс сварки ВИГ медленный и не требует частых остановок. Возможно, вам придется приостановить сварку, чтобы получить еще один стержень из присадочного металла, но это короткий перерыв, который не приведет к значительному охлаждению машины. Итак, если вы свариваете толстые секции, приобретите сварочный аппарат с высоким рабочим циклом.

Однако для большинства сварок TIG требуется менее 100–130 А. Многие сварочные аппараты могут работать со 100% рабочим циклом при таких низких нагрузках. Таким образом, если вы выполняете прецизионную работу с более тонкими материалами, вам не придется сильно беспокоиться о рабочем цикле.

Кроме того, сварочные аппараты не рассчитаны на импульсный выходной ток. Профессиональное оборудование TIG позволяет выполнять импульсную сварку с чередующейся высокой и низкой выходной силой тока. Это приводит к более длительному рабочему циклу, поскольку электрические компоненты машины подвергаются меньшей нагрузке. Кроме того, даже если сварочный аппарат TIG не имеет импульсной функции, использование ножной педали TIG для уменьшения выходной силы тока при сварке также увеличивает продолжительность рабочего цикла, поскольку средняя непрерывная нагрузка ниже.

Рабочий цикл сварки электродом

Процесс сварки электродом допускает частые прерывистые паузы при перемещении по стыку. Замена стержневого сварочного электрода, удаление шлака, очистка сажи и удаление мелких частиц шлака, а также наклеп в сварных швах позволяют сварочному аппарату остыть. В результате вы можете использовать машину с более коротким рабочим циклом и выполнять большую часть работы.

Длительные паузы при сварке электродами являются одной из причин того, что многопроцессорные сварочные аппараты обеспечивают кратчайший рабочий цикл для процесса сварки электродами.

Большинство работ можно выполнить с помощью сварочного аппарата на 150 А с рабочим циклом 40 %. Сварка стержнем обеспечивает более глубокое проплавление, чем другие процессы дуговой сварки. Таким образом, с некоторой подготовкой шва и мощностью не менее 150 А вы можете сваривать любую сталь толщиной менее 1/2 дюйма. При рабочем цикле 40% вы сможете сваривать около четырех минут. Скорее всего, вы израсходуете стержневой электрод быстрее, и машина остынет, пока вы очищаете шлак и готовите соединение для следующего электрода.

Что происходит, когда рабочий цикл превышен?

При превышении рабочего цикла сварочного аппарата сварщик активирует функцию защиты от тепловой перегрузки. У большинства сварщиков есть эта мера безопасности. Тем не менее, некоторые сварочные аппараты этого не делают, и они могут загореться, или некоторые из их чувствительных частей могут загореться.

Большинство сварочных аппаратов имеют внутри термопары для контроля температуры внутренних компонентов. Как только достигается критическая температура, термопара посылает сигнал на схему защиты от тепловой перегрузки, которая отключает питание.

Не тяните за вилку сварочного аппарата, если активирован режим тепловой перегрузки. Это выключит охлаждающие вентиляторы, которые должны продолжать работать, чтобы способствовать отводу избыточного тепла.

Если постоянно нарушать рабочий цикл, срок службы сварочного аппарата сократится, независимо от того, что заявляет производитель. Внутренние компоненты и их изоляция начинают разрушаться при высоких температурах, что в итоге приводит к выходу оборудования из строя.

Таким образом, вам следует избегать постоянного превышения пределов рабочего цикла. Современные сварщики используют сотни крошечных компонентов на своих печатных платах, и один резистор, конденсатор или IGBT-транзистор могут сгореть, если вы толкнете машину. Кроме того, многие из этих компонентов основаны на крошечных соединениях толщиной с человеческий волос.