Схемы включения и конструкция магнитных систем сварочных гене­раторов постоянного тока и вентильных

ЛЕКЦИЯ № 3

Тема 1.2. Сварочные преобразователи и агрегаты

План

1. Основные сведения о сварочных преобразователях и агрегатах. Конструктивные особенности, технические данные и обозначения сварочных преобразователей для ручной, механизирован­ной сварки под флюсом, для сварки в среде защитных газов и универсальных

2. Схемы включения и конструкция магнитных систем сварочных гене­раторов постоянного тока и вентильных.

3. Режимы работы и внешние ха­рактеристики сварочных генераторов.

4. Способы регулирования свароч­ного тока и напряжения дуги.

5. Новое в сварочных преобразователях и агрегатах

Литература:

1. Голошубов В.И, Сварочные источники питания. -Киев, Аристей, 2005

2. Гуменюк И.В., О.Ф. Иваськив, А.В. Гуменюк Технология электродуговой сварки – Киев: Грамота, 2007

3. Китаев A. M., Китаев Я.А. Справочная книга сварщика. - М.: Машиностроение, 1987

4. Шебеко Л.П. Оборудование и технология автоматической и механизированной сварки. -М: Высшая щкола,1986

Основные сведения о сварочных преобразователях и агрегатах Конструктивные особенности, технические данные и обозначения сварочных преобразователей для ручной, механизирован­ной сварки под флюсом, для сварки в среде защитных газов и универсальных

Источником постоянного тока для сварки наряду с выпрямителем является также сварочный генератор.

Установка, состоящая из сварочного генератора и приводного трехфазного асинхронного электродвигателя, называется сварочным преобразователем (ГОСТ 7237-—77).

Установка, состоящая из сварочного генератора и двигателя внутреннего сгорания, называется сварочным агрегатом (ГОСТ 2402—77).

В агрегатах может применяться приводной карбюраторный двигатель (условное обозначение Б) или дизель (условное обозначение Д). Агрегаты используют в основном для ручной сварки и резки в монтажных и полевых условиях, где отсутствуют электрические сети

Основные параметры сварочных генераторов регламентированы ГОСТ 304–77, согласно которому генераторы постоянного тока для дуговой сварки должны изготовляться на номинальные сварочные токи 125, 160, 250, 315, 400 и 500 А при номинальном рабочем напряжении от 25 до 40 В.

Сварочный преобразователь (рис.1) представляет собой машину, служащую для преобразования переменного тока в постоянный сварочный ток.

Сварочный преобразователь состоит из сварочного генератора постоянного тока и приводного трехфазного асинхронного электродвигателя 8, сидящих на одном валу и смонтированных в общем корпусе. Сварочный генератор состоит из корпуса 11 с укрепленными на нем магнитными полюсами 10 и приводимого во вращение якоря 12. Тело якоря набрано из отдельных лакированных пластин электротехнической стали. В продольных пазах его уложены витки обмотки. Рядом с якорем находится коллектор, состоящий из большого числа изолированных друг от друга медных пластинок 1, к которым припаяны начала и концы каждой группы витков якоря.

Магнитное поле внутри генератора создается магнитными полюсами обмоток возбуждения, которые питаются постоянным током от щеток 2 самого генератора. В распределительном устройстве 4 размещены пакетный выключатель, регулировочный реостат 3, вольтметр 6, доски зажимов 5 высокого и низкого напряжения и другая аппаратура. При включении электродвигателя якорь начинает вращаться в магнитном поле и в витках его возникает переменный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. К коллектору прижимаются угольные щетки 2, с помощью которых постоянный ток снимается с коллектора и подводится к зажимам 5 («И-»и«—»). К этим же зажимам присоединяют сварочные провода, подводящие сварочный ток к электроду и изделию. Для охлаждения преобразователя во время работы на валу его имеется вентилятор 7.

Ходовая часть преобразователя состоит из переднего поворотного колеса с тягой 9 и двух задних колес, сидящих на одной оси. Это позволяет передвигать его на небольшое расстояние. Для подъема и перемещения преобразователя предусмотрено два рым-болта. Сварочный ток регулируется с помощью маховичка 3 реостата: при вращении его по часовой стрелке сварочный ток увеличивается, и наоборот.

 

 

Рис. 3 - Общий вид сварочного преобразователя

Конструктивные особенности, технические данные и обозначения сварочных преобразователей для ручной, механизирован­ной сварки под флюсом

Конструктивные особенности сварочных преобразователей для ручной, механизирован­ной сварки под флюсом рассмотрим на сварочном преобразователе типа ПСО-315МУ2.

Сварочный преобразователь ПСО-315МУ2 (климатическое исполнение -У, категория размещения -2) предназначен для питания постоянным потоком одного сварочного поста при ручной дуговой сварке, а также при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом.

Преобразователь (рис.1) состоит из сварочного генератора ГСО-З00М и приводного трехфазного асинхронного электродвигателя, соединенных между собой фланцем. Вращение от электродвигателя к генератору передается через эластичную муфту. В зависимости отсоединения фаз звездой или треугольником электродвигатель подключают к сети 380 или 220 В.

 

Рис.1- Сварочный преобразователь ПСО-315М У2:

1 – сварочный генератор ГСО300М, 2 – маховичок регулировочного реостата, 3 – выключатель электродвигателя, 4 – электродвигатель, 5 – ручка для передвижения

 

Генератор ГСО-300М защищенного типа с самовентиляцией состоит из неподвижного индуктора с главными и добавочными полюсами к вращающегося якоря. Он представляет собой однопостовой сварочный четырехполюсный генератор постоянного тока с самовозбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой. На главных полюсах генератора (рис.2) имеется две обмотки: намагничивающая (шунтовая), расположенная на двух геометрически противоположных одноименных полюсах М и последовательная (размагничивающая), расположенная на двух других полюсах так, что полюсы с намагничивающей и размагничивающей обмотками чередуются.

 

Рис 2а -Магнитная схема генератора ГСО-300М 1 – размагничивающая последовательная обмотка, 2 – реакция якоря подмагничивающая, 3 – намагничивающая шунтовая обмотка, 4 – реакция якоря размагничивающая (реакция якоря показана для одного полюса)

Рис.2б- Схема соединений генератора ГСО-300М (вид со стороны коллектора)

 

Общая монтажная схема генератора ГСО-ЗООМ приведена на рис. 2а. Питание намагничивающей (шунтовой) обмотки возбуж­дения генератора осуществляется от напряжения половины обмот­ки якоря, от той его части, в которой реакция действует подмагничивающе. С этой целью на коллекторе между основными щет­ками «плюс» и «минус» установлена еще одна дополнительная третья щетка. Генератор рассчитан так, что напряжение между дополнительной и основной минусовой щетками, от которых пи­тается обмотка возбуждения, с изменением тока нагрузки изме­няется в небольших пределах, следовательно, в небольших преде­лах изменяется и ток в обмотке возбуждения.

Таким образом, сохраняется постоянство напряжения возбуждения при изменении нагрузки. Для обеспечения нормальной коммутации основных ще­ток генератор имеет два добавочных полюса. Для безыскровой работы дополнительной щетки под серединой главных полюсов сделаны вырезы.

Сварочный ток регулируется двумя способами: секционирова­нием последовательной обмотки и изменением намагничивающего тока при помощи реостата Р в цепи намагничивающей обмотки возбуждения. Генератор имеет две ступени регулирования — два диапазона сварочных токов: «малые токи», когда включены после­довательные обмотки обоих южных полюсов (клеммы минус и 180), и «большие токи», когда включена лишь последовательная обмотка верхнего южного полюса (клеммы минус и 315). В каждом из диапазонов при повороте маховичка регулировочного реостата по часовой стрелке сопротивление реостата уменьшается, ток возбуждения увеличивается, соответственно увеличивается напряжение холостого хода и сварочный ток генератора. При повороте маховичка против часовой стрелки сопротивление реостата увеличивается и, соответственно, уменьшается ток возбуждения, напряжение холостого хода и сварочный ток. В диапазоне «малые токи» плавное регулирование можно производить в пределах от 100 до 180 А, а в диапазоне «большие токи» - в пределах от 180 до 315 А.

Сварочный генератор имеет падающие внешние характеристики, обеспечивающие хорошее зажигание и горение сварочной дуги. падающая внешняя характеристика получается за счет размагничивающего действия последовательной обмотки. Чем больше ток нагрузки, тем сильнее размагничивающие ампер-витки последовательной обмотки, тем меньше магнитный поток в воздушном зазоре и якоре, следовательно, меньше и напряжение генератора.

Технические данные и обозначения сварочных преобразователей для ручной, механизирован­ной сварки под флюсом

К техническим данным сварочных преобразователей относят:

- тип преобразователя;

- потребляемая мощность, кВ*А;

- номинальный сварочный ток, А;

- пределы регулирования сварочного тока, А;

- напряжение холостого тока, В;

- рабочее напряжение, В;

- габаритные размеры(длина*ширина*высота),мм;

- масса, кг

Для условного обозначения сварочных преобразователей используются буквы, которые обозначают конструктивные особенности, принцип работы, предприятие, где изготовляется источник питания и тому подобное.

- Например, ПД-501УЗ расшифровывается так: П - преобразователь, Д - дуговой, отсутствие буквы – ручная дуговая сварка, однопостовой, 5 номинальный ток 500 А, 01 - модификация, У - для умеренного климата, 3 - для закрытых помещений, где колебание температуры, влажности, влияние песка и пыли меньше, чем на открытом воздухе.

 

Конструктивные особенности, технические данные и обозначения сварочных преобразователей для сварки в среде защитных газов и универсальных

Конструктивные особенности сварочных преобразователей для сварки в среде защитных газов рассмотрим на примере сварочного преобразователя ПСГ-500-1 УЗ (климатическое исполнение — У, категория размещения—3), который служит для питания одного поста постоянным током при дуговой автоматической и полуавтоматической сварке в среде защитного газа плавящейся сварочной проволокой.

Преобразователь (рис.3) состоит из сварочного генератора ГСГ-500-1 и встроенного асинхронного электродвигателя с корот­козамкнутым ротором. Ротор двигателя находится на одном валу с якорем генератора. В зависимости от соединения фаз электродвигатель может работать от сети с напряжением 380 В (звезда) или 220 В (треугольник). Холодная часть преобразователя, состоит из переднего поворотного колеса с тягой и двух задних колес, укрепленных на одной оси. При помощи ходовой части преобразователь может быть передвинут на небольшое расстояние. На корпусе преобразователя имеются также два ушка для перемещения преобразователя краном.

 

 

Рис.3- Сварочный преобразователь ПСГ-500-1:

1— сварочный генератор ГСГ-500-1:2 —доска зажимов, 3 -регулировочный реостат, 4 — распределительное устройство, 5 — вольтметр, 6 – пакетный выключатель, 7 — электродвигатель, 8 — тяга

 

Принципиальная электрическая схема преобразователя приведена на рис.4. Сварочный генератор — четырехполосный с самовозбуждением. Обмотка самовозбуждения расположена на всех главных полюсах и питается от щеток генератора. Надежное самовозбуждение обеспечивается тем, что одна пара главных полюсов имеет более насыщенные сердечники (с вырезами в средней части). Для обеспечения нормальной коммутации генератор снабжен четырьмя добавочными полюсами, катушки которых последовательно включены в цепь якоря.

Пусковая и регулирующая аппаратура смонтирована в распределительном устройстве, установленном на корпусе преобразователя. В нем размещены регулировочный реостат, подрегулировочное сопротивление, пакетный выключатель, помехоподавляющий фильтр, вольтметр и доски зажимов высокого и низкого напряжения.

Сварочный генератор ПСГ-500-1 имеет жесткие внешние характеристики, обеспечивающие механизированную сварку в среде защитного газа. Жесткие внешние характеристики получаются за счет применения специальной схемы самовозбуждения.

 

Рис. 4- Принципиальная электрическая схема соединений преобразователя ПСГ-500-1

ДЗД – доски зажимов двигателя, ДЗГ —доска зажимов генератора, С — конденсатор,

R_под –сопротивление подрегулировочное, R_р — реостат регулировочный, V — вольтметр, В — переключатель, М – электродвигатель трехфазный асинхронный, Г — генератор сварочный

 

 

Регулирование напряжения производится реостатом, включенным в цепь катушек возбуждения, расположенных на ненасыщенных полюсных сердечниках. При повороте маховичка реостата по часовой стрелке сопротивление реостата уменьшается и напряжение генератора увеличивается. Регулировать напряжение можно в пределах от 16 до 40 В при токах от 60 до 500 А.

Универсальный сварочный преобразователь ПСУ-500-2 (рисунок 5) с крутопадающими и жесткими внешними характеристиками генератора предназначен:

- для ручной сварки открытой дугой;

- для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом;

- для автоматической и полуавтоматической сварки в среде защитного газа плавящейся сварочной проволокой.

Генератор ГСУ-500 имеет четыре главных полюса (два главных независимых и два главных последовательных) и два дополнительных. Независимая обмотка возбуждения, питающаяся от селенового выпрямителя, намотана на двух главных независимых полюсах. На двух главных последовательных полюсах намотана последовательная размагничивающая обмотка возбуждения. Соответствующим переключением обмоток пакетным переключателем и пересоединением двух зажимов на клеммной доске можно получить различные внешние характеристики, необходимые для трех видов сварки: открытой дугой, под флюсом и в защитных газах.

Преобразователь ПСУ-500-2 состоит из однопостового сварочного генератора постоянного тока и приводного трехфазного асинхронногоэлектродвигателя с короткозамкнутым ротором, выполненных в одном корпусе. Вся пускорегулировочная аппаратура и контрольно-измерительные приборы расположены на корпусе преобразователя в общем распределительном устройстве. Конструкция преобразователя — защищенная, самовентиляцией.

 

Рис.5- Сварочный преобразователь ПСУ-500-2:1— сварочный генератор, 2 — распределительное устройство, 3 — ручка регулировочного реостата, 4 — переключатель вида сварки, 5 — переключатель полярности, 6 — пакетный выключатель, 7 — электродвигатель

К техническим данным сварочных преобразователей для сварки

в среде защитных газов и универсальных относят:

- тип преобразователя;

- потребляемая мощность, кВ*А;

- номинальный сварочный ток, А;

- пределы регулирования сварочного тока, А;

- напряжение холостого тока, В;

- рабочее напряжение, В;

- габаритные размеры(длина*ширина*высота),мм;

- масса, кг

Для условного обозначения сварочных преобразователей используются буквы, которые обозначают конструктивные особенности, принцип работы, предприятие, где изготовляется источник питания и тому подобное.

Например, ПДГ-501УЗ расшифровывается так: П - преобразователь, Д - дуговой, Г – дуговая сварка в среде защитных газов, однопостовой, 5 номинальный ток 500 А, 01 - модификация, У - для умеренного климата, 3 - для закрытых помещений, где колебание температуры, влажности, влияние песка и пыли меньше, чем на открытом воздухе

Схемы включения и конструкция магнитных систем сварочных гене­раторов постоянного тока и вентильных

В зависимости от магнитоэлектрической схемы сварочные генераторы разделяют:

- на генераторы с независимым возбуждением;

- самовозбуждением.

Сварочные генераторы с независимым возбуждением, в свою очередь, подразделяют на генераторы с последовательной размагничивающей и последовательной подмагничивающей обмотками возбуждения.

Генераторы с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой (рис. 1, а) имеют две обмотки возбуждения. Первая обмотка, называемая намагничивающей обмоткой независимого возбуждения, питается от постороннего источника постоянного тока (селенового выпрямителя или вспомогательного генератора). Она создает постоянный намагничивающий магнитный поток Ф_н. Вторая обмотка, называемая размагничивающей обмоткой возбуждения, включена в сварочную цепь последовательно. При холостом ходе генератора ток по ней не проходит и электродвижущая сила (э. д. с.) генератора создается только магнитным потоком Ф_н намагничивающей обмотки. При горении дуги по размагничивающей обмотке проходит сварочный ток I_св, создавая переменный, зависимый от силы сварочного тока размагничивающий магнитный поток Ф_р, который направлен против магнитного потока Ф_н.

С возрастанием сварочного тока размагничивающие действия второй обмотки увеличиваются, вследствие чего результирующий магнитный поток уменьшается и напряжение на зажимах генератора падает. При коротком замыкании значения обоих магнитных потоков почти уравниваются, результирующий магнитный поток становится незначительным и напряжение на зажимах генератора практически падает до нуля. Таким образом, размагничивающая последовательная обмотка возбуждения создает падающую внешнюю характеристику сварочного генератора. Последовательная размагничивающая обмотка обычно секционирована, что дает возможность получить две ступени регулирования сварочного тока.

По такой схеме работают сварочные генераторы ГСО-ЗООА, ГСО-500 и др.

 

 

 

 

Рис.1 - Принципиальные магнитоэлектрические схемы сварочных генераторов с независимым возбуждением с последовательной размагничивающей (а) и с последовательной подмагничивающей (б) обмотками возбуждения

Генераторы с независимым возбуждением и последовательной подмагничивающей обмоткой возбуждения (рис. 1, б) также имеют две обмотки возбуждения. Принципиальная магнитоэлектрическая схема этих генераторов аналогична схеме генераторов, рассмотренных выше, но отличие ее состоит в том, что в ней последовательная обмотка возбуждения включается согласно с намагничивающей обмоткой независимого возбуждения и создает не размагничивающий, а подмагничивающий магнитный поток Ф_а. Поэтому в процессе сварки падение напряжения на зажимах генератора будет компенсироваться подмагничивающим действием последовательной обмотки. Соответствующим подбором числа витков обеих обмоток можно получить жесткие и даже пологовозрастающие внешние характеристики. Эта схема применена, например, в сварочном генераторе ГСГ-500.

Сварочные генераторы с самовозбуждением могут быть с дополнительной (третьей) щеткой или с двумя обмотками самовозбуждения и несимметричной (разнонасыщенной) магнитной системой.

 

 

а) б)

Рис.2 - Принципиальные магнитоэлектрические схемы сварочных генераторов с самовозбуждением: а – с дополнительной щеткой; б – с двумя параллельными обмотками возбуждения

Генераторы с самовозбуждением с дополнительной щеткой и параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения (рис. 2,a) отличаются от рассмотренных выше тем, что намагничивающая обмотка возбуждения питается постоянным током от части обмоток якоря самого генератора.

С этой целью на коллекторе между главными щетками а и б расположена дополнительная щетка с. При работе генератора напряжение между щетками а и с остается постоянным, что позволяет подключить к ним параллельную намагничивающую обмотку, создающую постоянный магнитный поток Ф_н. Падающая внешняя характеристика создается действием последовательной размагничивающей обмотки, магнитный поток которой Ф_р направлен против магнитного потока Ф_н. По такой схеме работают сварочные генераторы ГСО-ЗОО-М, ГСО-ЗОО-5, ГСО-ЗОО-12 и др.

Сварочные генераторы с самовозбуждением с двумя параллельными обмотками возбуждения и несимметричной магнитной системой (рис.2,б) имеют четыре главных и четыре дополнительных полюса, причем одна пара рядом стоящих главных полюсов имеет развитое сечение (ненасыщенная магнитная система), а вторая пара — вырезы, уменьшающие их поперечное сечение (сильно насыщенная магнитная система). На полюсах с ненасыщенной магнитной системой уложена основная намагничивающая обмотка возбуждении Н₁, а на полюсах с насыщенной магнитной системой —намагничивающая обмотка Н₂. Обе намагничивающие обмотки подключены к главным щеткам а и b. Таким образом, генератор построен по системе самовозбуждения и для начала работы должен иметь остаточный магнетизм. По такой схеме работает сварочный генератор ГСГ-500-1.