Сварочный преобразователь его строение и назначение. Преобразователь для сварки - основы использования
Для преобразования переменного тока в постоянный служат одно- и многопостовые сварочные преобразователи. Однопостовые преобразователи (табл. 3), питающиеся от электрической сети, представляют собой машины, состоящие из электродвигателя, выключаемого в электрическую цепь, и электросварочного генератора, питающего сварочную дугу постоянным током. Обычно ротор двигателя и якорь генератора помещаются на общем валу, иногда на отдельных валах, которые соединяются муфтами. Электродвигатель и генератор помещены в общий корпус.
Схемы сварочных генераторов. Падающие внешние характеристики сварочных генераторов и ограничение тока короткого замьжания достигаются соответствующими электрическими схемами генераторов.
Наибольшее распространение получили генераторы, работающие по следующим схемам:
– с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой (ПСО-500, ПД-501);
– с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения (их называют также генераторами с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой ПС-500-П); с расщемленными полюсами.
Сварочный генератор с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой имеет две обмотки возбуждения. Одна обмотка создает поток независимого возбуждения и получает питание от постороннего источника постоянного тока. Сила тока в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом. Вторая обмотка возбуждения включена в сварочную цепь.последовательно, поэтому величина ее магнитного потока зависит от сварочного тока. Обмотка независимого возбуждения (рис. 16) подсоединена к главным щеткам а и с, напряжение между которыми не меняется с изменением нагрузки генератора, поэтому магнитный поток этой обмотки (Фь) постоянный. Размагничивающая последовательная обмотка включена в электрическую цепь таким образом, что ее магнитный поток Фс направлен против магнитного потока Ф&. Следовательно, чем больший ток проходит по сварочной цепи, тем больше магнитный поток Фс и меньше магнитный результирующий поток и напряжение на зажимах генератора. В момент короткого замыкания магнитный поток последовательной обмотки становится равным магнитному потоку обмотки независимого возбуждения, поэтому напряжение на зажимах генератора приближается к нулю. Падающая характеристика сварочного генератора получается за счет действия размагничивающей последовательной обмотки возбуждения.
Рис. 16. Схема сварочного генератора с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой
Рис. 17. Принципиальная электрическая схема сварочного генератора с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения
Г - генератор; Р - реостат; НО - обмотка независимого возбуждения; РО - размагничивающая обмотка
Отличительной особенностью генераторов с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения является использование в них принципа самовозбуждения (рис. 17). Одна из обмоток генератора питается от третьей щепки Ь. Эта обмотка включена параллельно якорю и поэтому называется обмоткой параллельного возбуждения. При сварке ток проходит через обмотку РО, магнитный поток которой ФР направлен против магнитного потока ФН обмотки независимого возбуждения. Напряжение между основными щетками а и с постоянно по величине, поэтому магнитный поток ФН практически не меняется. При увеличении тока в сварочной цепи возрастает размагничивающее действие последовательной обмотки РО и напряжение генератора уменьшается, так как ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря, зависит от результирующего магнитного потока генератора. При коротком замыкании магнитные потоки ФР и ФН равны, и напряжение на зажимах генератора близко к нулю. Падающая внешняя характеристика обеспечивается за счет размагничивающего действия обмотки РО. Сварочный ток у таких генераторов можно регулировать реостатом в цепи возбуждения и переключением витков обмотки возбуждения. Генератор с самовозбуждением практически работает как генератор с независимым возбуждением.
Генератор с расщепленными полюсами имеет два северных и два южных полюса. Причем одноименные полюса в нем размещены рядом. Этим он отличается от обычных генераторов, у которых северные и южные полюса чередуются между собой. Расположенные рядом одноименные полюса можно рассматривать как один полюс, расщепленный на части. Одна пара полюсов называется главной, другая - поперечной. Главные полюса имеют небольшое сечение, поэтому сердечники сильно насыщены магнитным потоком. Поперечные полюса, наоборот, имеют большое сечение и не насыщены. Магнитный поток, создаваемый одной половиной проводников якоря, направлен по линии главных полюсов и подмагничивает их. Однако вследствие сильного насыщения магнитной цепи реакция якоря оказывает незначительное влияние на величину главного потока. Поэтому ЭДС, индуктируемая в группе проводников между щетками а и с (рис. 18), изменяется незначительно. Магнитный поток второй половины проводников якоря направлен навстречу потоку поперечных полюсов и размагничивает их. При определенном значении тока якоря поперечный поток может быть не только равен нулю, но даже может изменить свое направление на обратное. Следовательно, ЭДС между щетками с и b не будет постоянной по величине и направлению. Сварочный ток в генераторах с расщепленными полюсами регулируется изменением токов возбуждения обмоток главных и поперечных полюсов или изменением числа витков этих обмоток.
Рис. 18. Принципиальная схема генератора с расщепленными полюсами
1,2 - намагничивающие обмотки соответственно главных, и поперечных полюсов; 3- генератор
Многопостовые сварочные преобразователи. Эти преобразователи предназначены для одновременного питания постоянным током нескольких сварочных постов. Преимущества и-х перед однопостовыми заключаются в меньших расходах на ремонт и обслуживание (из расчета на единицу полезной мощности), в меньших производственных площадях и более надежной эксплуатации. Многопостовой генератор представляет собой машину постоянного тока смешанного возбуждения. Чтобы не сказывалось влияние работы одного поста на работу другого, напряжение на зажимах многопостового генератора не должно меняться с переменой нагрузки, т. е. внешняя характеристика должна быть жесткой. Падающая характеристика на сварочном 1досту создается включением последовательно в сварочные цепи балластных реостатов. Силу тока поста регулируют изменением сопротивления реостата.
В настоящее время выпускаются многопостовые сварочные преобразователи типа ПСМ-1000, предназначенные для одновременного питания девяти сварочных постов с максимальным током одного поста 200А или шести постов с током 300А. Преобразователь снабжается шестью балластными реостатами РБ-300. При параллельном включении балластных реостатов ток сварочного поста может быть существенно увеличен.
Универсальные сварочные преобразователи. Такие преобразователи обеспечивают получение падающих и жестких внешних характеристик. Преобразователь типа ПСУ-500 снабжен четырехполюсным сварочным генератором с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой, которая дает возможность получить крутопадающие внешние характеристики генератора. При отключенной последовательной обмогке возбуждения генератор имеет жесткие внешние характеристики.
Параллельно соединяются генераторы (рис. 19) только одного типа и с одинаковыми внешними характеристиками. Они должны иметь равные напряжения холостого хода и сварочный ток и соединяться одноименными зажимами, После включения генераторов на параллельную работу необходимо установить одинаковую нагрузку у обеих машин. При параллельной работе двух генераторов с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками, а также генераторов с расщепленными полюсами используют перекрестное питание их цепей возбуждения. Генераторы, у которых последовательная и параллельная обмотки возбуждения действуют согласованно, клеммы на щитках генераторов должны быть соединены между собой уравнительным проводом. Без этого параллельная работа может стать неустойчивой в связи с возможным нарушением распределения‘нагрузЛи между генераторами.
Рис. 19. Схемы включения сварочных генераторов на параллельную работу
а - одпопостовых с независимым возбуждением и последовательной размагни чивающей обмоткой; б - однопостовых с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками; НО - намагничивающая обмотка; ПР - последовательная размагничивающая обмотка; Р - реостат; ГР- групповой рубильник; V - вольтметр; А - амперметр; iH1 и £н2 - токи нагрузки отдельных генераторов; £нп- ток нагрузки при параллельном включении; U - напряжение холостого хода при параллельном включении
Эксплуатация сварочных преобразователей. От правильного ухода за сварочными преобразователями во многом зависит надежность и долговечность их работы (табл. 4). Во время обслуживания сварочного генератора в первую очередь нужно следить за коллектором, щетками, щеткодержателями и подшипниками. При нормальном состоянии у коллектора нет следов нагара. С коллектора необходимо систематически удалять пыль чистой тряпкой, смоченной в бензине. Щетки следует регулярно осматривать и изношенные своевременно заменять. Шум шарикоподшипников должен быть глухим, ровным, без щелчков и резких звуков. Преобразователи, установленные на монтажных площадках, необходимо защищать от дождя и снега. Однако при этом нельзя нарушать нормальное охлаждение машины - входные и выходные отверстия для прохода воздуха закрывать нельзя. Это приведет к перегреву обмоток.
Сварочные выпрямители. С помощью полупроводниковых элементов сварочные выпрямители (табл. 5) преобразуют переменный ток в постоянный. Выпрямитель состоит. из понижающего трансформатора, выпрямительного блока и дросселя, включенного в цепь постоянного тока (рис. 20). Выпрямители по сравнению со сварочными преобразователями имеют ряд существенных преимуществ: в них отсутствует стадия превращения электрической энергии в механическую, а затем снова в электрическую, что обеспечивает более высокий КПД; нет больших вращающихся масе, подшипников, коллектора, что дает возможность выпрямителю практически работать бесшумно и упрощает его эксплуатацию. Мощность холостого хода, как правило, меньше, чем у преобразователя.
Преимущества выпрямителей позволяют им в ближайшее время стать в сварочном производстве основными преобразователями переменного тока в постоянный. Однако полностью отказаться от преобразователей пока нельзя. Выпрямители по сравнению с преобразователями чувствительны к колебаниям напряжения питающей сети и климатическим условиям.
В сварочных выпрямителях применяют селеновые и кремниевые полупроводниковые элементы. Селеновые элементы благодаря большей перегрузочной способности и дешевизне используются больше, несмотря на меньший КПД, чем у кремниевых.
В сварочных выпрямителях получили распространение мостовые схемы выпрямления - однофазная двух-полупериодная и трехфазная. Чаще применяется трехфазная схема, которая дает более устойчивое горение сварочной дуги, более равномерную загрузку всех трех фаз силовой сети и при этом полнее используется трансформатор сварочного выпрямителя.
В трехфазной мостовой схеме выпрямления вентили подключены к шести плечам моста. В каждый данный момент ток проводят только два плеча, соединенные через нагрузку последовательно. В трехфазной схеме выпрямляются обе полуволны переменного напряжения во всех трех фазах, что значительно уменьшает пульсацию Еыпрямленного напряжения.
Сварочные выпрямители с падающей внешней характеристикой (ВСС, ВКС, ВД-101, ВД-301) применяются для ручной и автоматической сварки под флюсом и для дуговой сварки в аргоне. Малоамперная дуга при сварке в аргоне имеет падающую вольт-амперную характеристику. Для питания малоамперной дуги создаются выпрямители по двум схемам. В первом случае до силового выпрямительного блока в схему включен дроссель насыщения, во втором - в сварочную цепь входит полупроводниковый триод (транзистор).
Но второй схеме изготавливаются транзисторные источники питания типа АП, в которые входят трехфазные понижающие трансформатор и дроссель насыщения и выпрямительный блок, собранный по трехфазной схеме. В цепь дуги включен полупроводниковый регулятор сварочного тока, собранный из десяти параллельно соединенных германиевых триодов. Падающая характеристика получается за счет дросселя насыщения.
Изготавливаются также сварочные выпрямители с жесткими и пологопадающими внешними характеристиками (ВС, ВСК, ИПП), предназначенные для дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах, под флюсом и открытой дугой. Некоторые из них применяются также для автоматической сварки вольфрамовым электродом.
Кроме выпрямителей с одним видом внешней характеристики выпускаются универсальные выпрямители типа ВДУ, которые позволяют получать падающие внешние характеристики (ручная дуговая сварка покрытыми электродами и сварка под флюсом) и жесткие (механизированная сварка в защитных газах плавящимся электродом).
Промышленностью выпускаются также многопостовые сварочные выпрямители типа ВКСМ, имеющие жесткую внешнюю характеристику. Падающая характеристика и регулирование сварочного тока обеспечиваются балластными реостатами. В качестве выпрямляющего устройства применяют блок с кремниевыми элементами. Выпрямители типа ВКСМ-1000 используются для одновременного питания до 6 сварочных постов, ВКСМ-1600 -до 9, а ВКСМ-3000 - до 18 постов ручной дуговой сварки. Выпрямитель ВКСМ-3000 можно включать на 18 или 9 сварочных постов.
Pис. 20. Схема сварочного выпрямителя с пологопадающей внешней характеристикой
1 - трехфазный трансформатор; 2 - дроссель; 3 - выпрямитель
Рис. 21. Схема работы двух сварочных выпрямителей, соединенных параллельно
На рис. 21 показана схема работы сварочных выпрямителей, соединенных параллельно.
Эксплуатация сварочных выпрямителей. При получении нового выпрямителя мегомметром следует проверить сопротивление изоляции. На первичном контуре оно должно быть не ниже 1МОм, на вторичном не меньше 0,5 МОм. В случае снижения сопротивления изоляции выпрямитель необходимо просушить (внешним нагревом, обдувая теплым воздухом). Температура обмоток при сушке не должна превышать 100°С. Выпрямитель, не эксплуатировавшийся больше 1 года, следует перед работой включить на 20 мин на напряжение, равное половине номинального, а затем на 4 ч на номинальное переменное напряжение без нагрузки. Это необходимо делать для подформовки полупроводниковых элементов. В процессе эксплуатации периодически осматривают выпрямитель, чтобы устранить мелкие нарушения, которые могут привести к аварии; очень внимательно следят за работой вентилятора, так как его неисправность приведет к перегреву полупроводниковых элементов и выходу из строя выпрямителя. Один раз в 3 месяца необходимо тщательно очищать полупроводниковые элементы от пыли и грязи с помощью сжатого воздуха.
В процессе эксплуатации выпрямителей могут встретиться следующие неисправности. Выпрямитель дает пониженное напряжение холостого хода и почти вдвое меньший сварочный ток. Это может произойти из-за сгорания одного из предохранителей в первичной цени выпрямления, плохого поджатая контактов магнитного пускателя, недостаточного завинчивания гаек доски переключений. После устранения указанных причин выпрямитель будет работать нормально.
Выпрямитель не дает напряжения, что происходит в результате засасывания охлаждающего воздуха не со стороны жалюзи, заедания в реле контроля вентиляции или прекращения работы вентилятора. Для правильной работы выпрямителя ликвидируют приведенные нарушения.
Неисправности у трансформатора выпрямительной установки и способы их устранения аналогичны ТёМ, которые встречаются у сварочных трансформаторов.
Сварочный преобразователь представляет собой комбинацию электродвигателя переменного тока и постоянного тока. Электрическая энергия сети переменного тока преобразуется в механическую энергию электродвигателя, вращает вал генератора и преобразуется в электрическую энергию постоянного сварочного тока. Поэтому КПД преобразователя невелик: из-за наличия вращающихся частей они менее надежны и удобны в эксплуатации по сравнению с выпрямителями. Однако для строительно-монтажных работ использование генераторов имеет преимущество по сравнению с другими источниками благодаря их меньшей чувствительности к колебаниям сетевого напряжения.
Для питания электрической дуги постоянным током выпускаются передвижные и стационарные сварочные преобразователи . На рис. 11 показано устройство одно-постового сварочного преобразователя ПСО-500, выпускаемого серийно нашей промышленностью.
Однопостовой сварочный преобразователь ПСО-500 состоит из двух машин: из приводного электродвигателя 2 и сварочного генератора ГСО-500 постоянного тока, расположенных в общем корпусе 1. Якорь 5 генератора и ротор электродвигателя расположены на общем валу, подшипники которого установлены в крышках корпуса преобразователя. На валу между электродвигателем и генератором находится вентилятор 3, предназначенный для охлаждения агрегата во время его работы. Якорь генератора набран из тонких пластин электротехнической стали толщиной до 1 мм и снабжен продольными пазами, в которых уложены изолированные витки обмотки якоря. Концы обмотки якоря припаяны к соответствующим пластинам коллектора в. На полюсах магнитов насажены катушки 4 с обмотками из изолированной проволоки, которые включаются в электрическую цепь генератора.
Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. При вращении якоря 5 его обмотка пересекает магнитные силовые линии магнитов, в результате чего в обмотках якоря наводится переменный электрический ток, который при помощи коллектора 6 преобразуется в постоянный; с щеток токосъемника 7, при нагрузке в сварочной цепи, ток течет с коллектора к клеммам 9.
Пускорегулирующая и контрольная аппаратура преобразователя смонтирована на корпусе 1 в общей коробке 12.
Преобразователь включается пакетным выключателем 11. Плавное регулирование величины тока возбуждения и регулирование режима работы сварочного генератора производят реостатом в цепи независимого возбуждения маховичком S. С помощью перемычки, соединяющей дополнительную клемму с одним из положительных выводов от последовательной обмотки, можно устанавливать сварочный ток для работы до 300 и до 500 А. Работа генератора на токах, превышающих верхние пределы (300 и 500А), не рекомендуется, так как возможен перегрев машины и нарушится система коммутации.
Величина сварочного тока определяется амперметром 10, шунт которого включен в цепь якоря генератора, смонтированного внутри корпуса преобразователя.
Обмотки генератора ГСО-500 выполняются из меди или алюминия. Алюминиевые шины армируют медными пластинками. Для защиты от радиопомех, возникающих при работе генератора, применен емкостный фильтр из двух конденсаторов.
Перед пуском преобразователя в работу необходимо проверить заземление корпуса; состояние щеток коллектора; надежность контактов во внутренней и внешней цепи; штурвал реостата повернуть против часовой стрелки до упора; проверить, не касаются ли концы сварочных проводов друг друга; установить перемычку на доске зажимов соответственно требуемой величине сварочного тока (300 или 500 А).
Пуск преобразователя осуществляется включением двигателя в сеть (пакетным выключателем 11). После подсоединения к сети необходимо проверить направление вращения генератора (если смотреть со стороны коллектора, ротор должен вращаться против часовой стрелки) и в случае необходимости поменять местами провода в месте их подключения к питающей сети.
Правила безопасности при эксплуатации сварочных преобразователей
При эксплуатации сварочных преобразователей необходимо помнить:
- напряжение на клеммах двигателя, равное 380/220 В, является опасным. Поэтому «ни должны быть закрыты. Все подсоединения со стороны высокого напряжения (380/220 В) должен осуществлять только электрик, имеющий право на производство электромонтажных работ;
- корпус преобразователя должен быть надежно заземлен;
- напряжение на клеммах генератора, равное при нагрузке 40 В, при холостом ходе генератора ГСО-500 может повышаться до 85 В. При работе в помещениях и на открытом воздухе при наличии повышенной влажности, пыли, высокой окружающей температуры воздуха (выше 30 o С), токопроводящего пола или при работе на металлических конструкциях напряжение выше 12 В считается опасным для жизни.
При всех неблагоприятных условиях (сырое помещение, токопроводящий пол и др.) необходимо пользоваться резиновыми ковриками, а также резиновой обувью и перчатками.
Опасность поражения глаз, рук и лица лучами электрической дуги, брызгами расплавленного металла и меры защиты от них те же, что и при работе от .
Сварочные преобразователи подразделяют на следующие группы: по числу питаемых постов - одно - постовые, предназначенные для питания одной сварочной дуги; многопостовые, питающие одновременно несколько сварочных дуг; по способу установки -стационарные, устанавливаемые неподвижно на фундаментах; передвижные, монтируемые на тележках; по р о д у двигателей, приводящих генератор во вращение,- машины с электрическим приводом; машины с двигателем внутреннего сгорания (бензиновым или дизельным) ; по способу выполнения - однокорпусные, в которых генератор и двигатель вмонтированы в единый корпус; раздельные, в которых генератор и двигатель установлены на одной раме, а привод осуществляется через соединительную муфту.
Однопостовые сварочные преобразователи состоят из генератора и электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Электрическая схема сварочного генератора обеспечивает падающую внешнюю характеристику и ограничение тока короткого замыкания. Внешняя вольт-амперная характеристика / (рис. 14) показывает зависимость между напряжением и током на клеммах сварочной цепи генератора. Для устойчивости горения сварочной дуги характеристика генератора / должна пересекать характеристику дуги III. При возбуждении дуги напряжение изменяется (//) от точки I к точке 2. При возникновении
Генераторы с расщепленными полюсами обеспечивают падающую внешнюю характеристику, используя размагничивающее действие магнитного потока якоря. На рис. 15 показана схема сварочного генератора такого типа. Генератор имеет четыре основных (N г и Sr - главные, Nn И Sn - поперечные) и два дополнительных (N и S ) полюса. При этом одноименные основные полюсы расположены рядом, составляя как бы один раздвоенный полюс. Обмотки возбуждения имеют две секции: нерегулируемую 2 и регулируемую 1. Нерегулируемая обмотка расположена на всех четырех основных полюсах, а регулируемая - только нк поперечных. В цепь регулируемой обмотки возбуждения включен реостат 3. На дополнительных полюсах расположена сериес - ная обмотка 4. По нейтральной линии симметрии О - О между разноименными полюсами на коллекторе генератора расположены основные щетки а и ft, к которым подключается сварочная цепь. Дополнительная щетка с служит для питания обмоток возбуждения.
При холостом ходе генератора (рис. 16, а)
обмотки полюсов создают два магнитных потока Фг и Фп, которые индуцируют э. д. с. в обмотке якоря. При замыкании сварочной цепи (рис. 16, б) по обмотке якоря потечет ток, который создает магнитный поток якоря Фя, направленный по линии основных щеток и замыкающийся через полюсы генератора. Магнитный поток якоря Фя можно разложить на два составляющих потока Фяг и Фяп. Поток Фяг по направлению будет совпадать с потоком Фг главных полюсов, но усилить его не может, так как главные полюсы генератора имеют вырезы, уменьшающие площади их поперечных сечений, и поэтому они работают при полном магнитном насыщении (т. е. магнитный поток этих полюсов независимо от нагрузки остается практически постоянным). Поток ФЯп направлен против потока Ф„ поперечных-полюсов и поэтому ослабляет его и даже может изменить направление суммарного потока. Такое действие магнитного потока якоря приводит к ослаблению суммарного
магнитного погона генератора, а отсюда к уменьшению напряжения на основных щетках генератора. Чем больший ток протекает по обмотке якоря, тем больше магнитный поток Фя, тем больше снижается напряжение. При коротком замыкании сварочной цепи напряжение на основных щетках почти достигает нулевого значения.
Сварочный ток регулируют в два приема - грубо и точно. При грубом регулировании смещают щеточную траверсу, на которой расположены все три щетки генератора. Если сдвигать щетки по направлению вращения якоря, то размагничивающее действие потока якоря увеличивается и сварочный ток уменьшается. При обратном сдвиге размагничивающее действие уменьшается и сварочный ток увеличивается. Таким образом устанавливают интервалы больших и малых токов. Плавное и точное регулирование тока производят реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения. Увеличивая или уменьшая реостатом ток возбуждения в обмотке поперечных полюсов, изменяют магнитный поток Фп, тем самым изменяют напряжение генератора и сварочный ток.
В генераторах с расщепленными полюсами поздних выпусков сварочный ток регулируют изменением числа витков секционированных обмоток полюсов генератора и реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения. Реостат устанавливается на корпусе генератора и имеет шкалу с делениями в амперах. По такой схеме работают генераторы СГ-300М-1, используемые в преобразователях ПС-300М-1.
Принципиальная схема генератора с размагничивающим действием последовательной обмотки возбуждения, включенной в сварочную цепь, представлена на рис. 17. Генератор имеет две обмотки: обмотку возбуждения 1 и размагничивающую последовательную обмотку 2. Обмотка возбуждения питается либо от основной и дополнительной щеток (b и с), либо от специального источника постоянного тока (от сети переменного тока через селеновый выпрямитель). Маг-
Нитный поток Фв, создаваемый этой обмоткой, постоянный и не зависит от нагрузки генератора. Размагничивающая обмотка включена последовательно с обмоткой якоря так, что при горении дуги сварочный ток, проходя через обмотку, создает магнитный поток Фп, направленный против потока Ф0. Следовательно, э. д. с. генератора будет индуцироваться результирующим магнитным потоком Фв - Фп - С увеличением сварочного тока магнитный поток Фп возрастает, а результирующий магнитный поток Ф„ - Фм уменьшается. Как следствие, уменьшается индуцируемая э. д. с. генератора. Таким образом, размагничивающее действие обмотки 2 обеспечивает получение падающей внешней характеристики генератора. Сварочный ток регулируется переключением витков последовательной обмотки (грубая регулировка - два диапазона) и реостатом обмотки возбуждения (плавная и точная регулировка в пределах каждого диапазона). По такой схеме выпускаются генераторы ГСО-120, ГСО-ЗОО, ГС0500, ГС-500 и др. Краткая техническая характеристика сва-
Рочных преобразователей дана в табл. 1.
На рис. 18 представлен однопостовой передвижной сварочный преобразователь ПСО-500, выпускаемый серийно и нашедший широкое применение при строительно-монтажных работах. Он состоит из генератора ГСО-5СЮ и трехфазного асинхронного электродвигателя АВ-72-4, смонтированных в едином корпусе на колесах для перемещения по строительной площадке. Преобразователь предназначен для ручной дуговой сварки, полуавтоматической шланговой и автоматической сварки под флюсом. Для грубого регулирования сварочного тока (переключения витков последовательной обмотки) на клеммовую доску генератора выведены один отрицательный и два положительных контакта. Если необходим сварочный ток в пределах 120...350 А, то сварочные провода присоединяют к отрицательному и среднему положительному контактам. При работе на токах 350...600 А сварочные провода присоединяют к отрицательному и крайнему положительному контактам. Плавно сварочный ток регулируют реостатом, включенным в цепь обмотки независимого возбуждения. Реостат расположен на корпусе машины и имеет маховик с токоука- зателем. Шкала имеет два ряда цифр, соответствующих подключаемым контактам: внутренний ряд - до 350 А и наружный ряд - до 6СЮ А.
Для выполнения сварочных работ при отсутствии электроэнергии (на новостройках, на монтажных работах в полевых условиях, при сварке газонефтепроводов, при установке мачт электропередач высокого напряжения и др.) применяют передвижные сварочные агрегаты, состоящие из сварочного генератора и двигателя внутреннего сгорания. Краткая техническая характеристика наиболее распространенных сварочных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания дана в табл. 2.
Таблица 2
Марка агрегата |
Марка генератора |
Номинальное напряжение, В |
Пределы регулирования сварочного тока, А |
Двигатель |
Масса агрегата, кг |
|
Мощность, кВт (л. с.) |
||||||
На рис. 19 представлен сварочный агрегат этой группы ПАС-400-VIII. Агрегат состоит из генератора СГП-3-VI и двигателя внутреннего сгорания ЗИЛ-120 или ЗИЛ-164. Генератор работает по схеме с размагничивающей последо - вательиой обмоткой. Регулирование тока произ водят реостатом цепи основной обмотки возбуждения. Двигатель с варочного агрегата специально переоборудован для режима длительной стационарной работы: он имеет автоматический центробежный регулятор скорости вращения; ручное регулирование для работы при малых скоростях; автоматическое выключение зажигания при внезапном увеличении скорости. Сварочный агрегат смонтирован на жесткой металлической раме с катками для перемещения. Наличие крыши и боковых металлических штор, защищающих от атмосферных осадков, позволяет использовать агрегат для работы на открытом воздухе.
Для сварки в защитных газах, а также для полуавтоматической и автоматической сварки применяют генераторы с жесткой или возрастающей внешней характеристикой. Такие генераторы имеют обмотки независимого возбуждения и подмагничивающую последовательную обмотку. При холостом ходе э. д. с. генератора наводится магнитным потоком, который создается обмоткой независимого возбуждения. При рабочем режиме сварочный ток, проходя через последовательную обмотку, создает магнитный поток, совпадающий по направлению с магнитным потоком обмотки независимого возбуждения. Тем самым обеспечивается жесткая или возрастающая вольт-амперная характеристика.
На рис. 20 представлен преобразователь такого типа ПСГ-350, состоящий из сварочного генератора постоянного тока ГСГ-350 и трехфазного асинхронного электродвигателя АВ-61-2 мощностью 14 кВт. Генератор имев! обмотку независимого возбуждения и подмагничивающую последовательную обмотку. Обмотка независимого возбуждения питается от внешней сети через селеновые выпрямители и стабилизатор напряжения, который исключает влияние колебаний напряжения в сети на ток возбуждения. Последовательная обмотка разделена на две секции: при включении в сварочную цепь части витков генератор работает на режиме жесткой характеристики, а при использовании всех витков обмотки генератор дает возрастающую внешнюю характеристику. Генератор и двигатель размещены в общем корпусе и смонтированы на тележке.
Универсальные преобразователи ПСУ-300 и ПСУ-500-2, предназначенные для ручной сварки, автоматической сварки под флюсом, а также автоматической и полуавтоматической сварки в защитных газах, обеспечивают как падающую, так и жесткую внешнюю характеристику. В этих преобразователях, переключая независимую и последовательную обмотки генератора, можно создавать размагничивающий и подмагничивающий потоки и соответственно получать ту или иную характеристику.
При работе на строительной площадке или заводе нескольких сварочных постов, расположенных недалеко друг от друга, применяют многопостовой сварочный преобразователь. Внешняя характеристика многопостового сварочного генератора должна быть жесткой, т. е. независимо от количества работающих постов напряжение генератора должно быть постоянным. Для получения постоянного напряжения многопостовои генератор (рис. 21) имеет параллельную обмотку возбуждения 1, создающую магнитный поток 0i и последовательную обмотку 3, создающую магнитный поток Фа того же направления.
При холостом ходе э. д. с. генератора индуцируется только магнитным потоком Фь так как в последовательной обмотке ток отсутствует. Напряжение генератора достаточно для зажигания дуги. Во время сварки появляется ток в обмотке якоря и, следовательно, в последовательной обмотке возбуждения. При этом появляется магнитный поток Ф^ и э. д. с. будет индуцироваться суммарным потоком 0i + Фг. Падение напряжения внутри генератора при рабочем режиме компенсируется увеличивающимся магнитным потоком, и поэтому напряжение остается равным напряжению холостого хода. Для получения падающей внешней характеристики сварочные посты включают в цепь генератора через регулируемые балластные реостаты 4. Напряжение генератора регулируют реостатом 2, включенным в цепь параллельной обмотки возбуждения. Сварочный ток устанавливают изменением сопротивления балластного реостата.
Многопостовой сварочный преобразователь ПСМ-1000 (рис. 22) состоит из сварочного генератора постоянного тока типа СГ-1000 и трехфазного асинхронного двигателя, смонтированных в одном корпусе. Генератор СГ-1000, шестиполюсный, с самовозбуждением, имеет параллель-
JS 220/3808 15 кВт |
Ную и последовательную обмотки, создающие магнитные потоки одинакового направления. В комплект сварочной машины входят девять балластных реостатов РБ-200, позволяющих развернуть девять постов.
Преобразователи ПСМ-1000-1 и ПСМ-1000-11 существенных конструктивных отличий не имеют. Обмотки возбуждения генератора у
ПСМ-1000-I изготовлены из меди, а у ПСМ-1000-II - из алюминия. Последней модификацией является ПСМ-1000-4, состоящий из генератора ГСМ-1000-4 и электродвигателя А2-82-2 мощностью 75 кВт. В комплект преобразователя входят балластные реостаты РБ-200-1 (9 шт.) или РБ-300-1 (6 шт.).
Балластный реостат РБ-200 (рис. 23) имеет пять рубильников, переключением которых устанавливают сопротивление реостата. Эти переключения позволяют регулировать сварочный ток ступенчато через каждые 10 А в пределах 10...200 А.
Применение многопостовых сварочных преобразователей уменьшает площади, занимаемые сварочным оборудованием, сокращает расходы на ремонт, уход и обслуживание. Однако к. п. д. сварочного поста значительно ниже, чем при однопостовом преобразователе, вследствие больших потерь мощности в балластных реостатах. Поэтому выбор одного многопостового или нескольких однопосто - вых сварочных агрегатов обосновывают технико-экономическим расчетом для конкретных условий.
Если экономически выгодно применение однопостовых сварочных агрегатов, но мощности одного генератора недостаточно для работы сварочного поста, включают параллельно два сварочных агрегата. При параллельном включении генераторов необходимо соблюдать следующие условия. Генераторы должны быть одинаковыми по типу и внешним характеристикам. До включения необходимо отрегулировать генераторы на одинаковое напря-
Жение холостого хода. После включения в работу следует с помощью регулирующих устройств установить по амперметру одинаковую нагрузку генераторов. При неодинаковой нагрузке напряжение одного генератора будет выше другого и генератор с низким напряжением, питаемый током второго генератора, будет работать как двигатель. Это приведет к размагничиванию полюсов генератора и выходу его нз строя. Поэтому следует постоянно следить за показаниями амперметров и при необходимости регулировать равномерность нагрузки.
Для уравнивания напряжения параллельно работающих генераторов с падающими внешними характеристиками применяют перекрестное питание их цепей возбуждения: обмотки возбуждения одного генератора питаются от щеток якоря другого генератора (рис.24) .Для этой цели генераторы имеют уравнительные контакты, которые надо при параллельной работе соединить между собой.
При параллельном включении многопостовых генераторов ПСМ-1000 необходимо клеммы на щитках генераторов ГС-1000, обозначенные буквой У (уравнительный), соединить между собой проводом; при этом последовательные обмотки генераторов соединяются параллельно и, таким образом, исключаются колебания в распределении нагрузки между генераторами.
§ 10. Устройство и обслуживание сварочных преобразователей
Для питания электрической дуги постоянным током выпускаются передвижные и стационарные сварочные преобразователи. На рис. 17 показано устройство однопостового сварочного преобразователя ПСО-500, выпускаемого серийно нашей промышленностью.
Рис. 17. Схема сварочного преобразователя ПСО-500:
1 - корпус, 2 - электродвигатель, 3 - вентилятор, 4 - катушка полюсов, 5 - якорь генератора, 6 - коллектор, 7 - токосъемник, 8 - маховичок для регулирования тока, 9 - сварочные зажимы, 10 - амперметр, 11 - пакетный выключатель, 12 - коробка пускорегулирующей и контрольной аппаратуры преобразователя
Однопостовой сварочный преобразователь ПСО-500 состоит из двух машин: из приводного электродвигателя 2 и сварочного генератора ГСО-500 постоянного тока, расположенных в общем корпусе 1. Якорь 5 генератора и ротор двигателя расположены на общем валу, подшипники которого установлены в крышках корпуса преобразователя. На валу между электродвигателем и генератором находится вентилятор 3, предназначенный для охлаждения агрегата во время его работы. Якорь генератора набран из тонких пластин электротехнической стали толщиной до 1 мм и снабжен продольными пазами, в которых уложены изолированные витки обмотки якоря. Концы обмотки якоря припаяны к соответствующим пластинам коллектора 6. На полюсах магнитов насажены катушки 4 с обмотками из изолированной проволоки, которые включаются в электрическую цепь генератора.
Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. При вращении якоря 5 его обмотка пересекает магнитные силовые линии магнитов, в результате чего в обмотках якоря наводится переменный электрический ток, который с помощью коллектора 6 преобразуется в постоянный; с щеток токосъемника 7 при нагрузке в сварочной цепи ток течет с коллектора к зажимам 9.
Пускорегулирующая и контрольная аппаратура преобразователя смонтирована на корпусе / в общей коробке 12.
Преобразователь включается пакетным включателем 11. Величина тока возбуждения и режим работы сварочного генератора плавно регулируются реостатом в цепи независимого возбуждения маховичком 8. С помощью перемычки, соединяющей дополнительный зажим с одним из положительных выводов от последовательной обмотки, можно устанавливать сварочный ток до 300 и 500 А. Работа генератора на токах, превышающих верхние пределы (300 и 500 А), не рекомендуется, так как возможен перегрев машины и нарушение системы коммутации. Величина сварочного тока определяется амперметром 10, шунт которого включен в цепь якоря генератора, смонтированного внутри корпуса преобразователя.
Обмотки генератора ГСО-500 выполняются из меди или алюминия. Алюминиевые шины армируют медными пластинками. Для защиты от радиопомех, возникающих при работе генератора, применен емкостный фильтр из двух конденсаторов.
Перед пуском преобразователя в работу необходимо проверить заземление корпуса; состояние щеток коллектора; надежность контактов во внутренней и внешней цепях; штурвал реостата повернуть против часовой стрелки до упора; проверить, не касаются ли концы сварочных проводов друг друга; установить перемычку на доске зажимов соответственно требуемой величине сварочного тока (300 или 500 А).
Пуск преобразователя осуществляется включением двигателя в сеть (пакетным выключателем). После подсоединения к сети необходимо проверить направление вращения генератора (если смотреть со стороны коллектора, ротор должен вращаться против часовой стрелки) и в случае необходимости поменять местами провода в месте их подключения к питающей сети.
Правила безопасности при эксплуатации сварочных преобразователей. При эксплуатации сварочных преобразователей необходимо помнить:
напряжение на зажимах двигателя, равное 380/220 В, является опасным, поэтому они должны быть закрыты. Все подсоединения со стороны высокого напряжения (380/220 В) должен осуществлять только электрик, имеющий право на производство электромонтажных работ; корпус преобразователя должен быть надежно заземлен; напряжение на зажимах генератора, равное при нагрузке 40 В, при холостом ходе генератора ГСО-500 может повышаться до 85 В. При наличии повышенной влажности, пыли, высокой окружающей температуры воздуха (выше 30ºС), токопроводящего пола или при работе на металлических конструкциях напряжение выше 12 В считается опасным для жизни.
При всех неблагоприятных условиях (сырое помещение, токопроводящий пол и др.) необходимо пользоваться резиновыми ковриками, а также резиновой обувью и перчатками. Опасность поражения глаз, рук и лица лучами электрической дуги, брызгами расплавленного металла и меры защиты от них те же, что и при работе от сварочных трансформаторов.
§ 98. Сварочные преобразователи постоянного тока и сварочные агрегаты
Классификация сварочных преобразователей и агрегатов. Для сварки постоянным током источниками питания служат сварочные преобразователи и сварочные агрегаты. Сварочный преобразователь состоит из генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, сварочный агрегат - из генератора и двигателя внутреннего сгорания. Сварочные агрегаты употребляются для работы в полевых условиях и в тех случаях, когда в питающей электрической сети сильно колеблется напряжение. Генератор и двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) монтируются на общей раме без колес, на катках, колесах, в кузове автомашины и на базе трактора.
Для работы в разных условиях выпускаются агрегаты: АСБ-300-7 - бензиновый двигатель ГАЗ-320, смонтированный с генератором ГСО-300-5 на раме без колес; АСД-3-1 - дизельный двигатель и генератор СГП-3-VIII - в том же исполнении; АСДП-500 - как и предыдущий агрегат, но установленный на двухосном прицепе; СДУ-2 - агрегат, смонтированный на базе трактора Т-100М; ПАС-400-VIII - двигатель типа ЗИЛ-164. и генератор СГП-3-VI, смонтированные на жесткой раме, снабженной роликами для перемещения по ровному полу. Выпускаются и другие агрегаты, отличающиеся конструктивным исполнением.
Сварочные генераторы бывают однопостовыми и многопостовыми, рассчитанными для одновременного питания нескольких сварочных постов. Однопостовые сварочные генераторы изготовляются с падающей или жесткой внешними характеристиками.
Большая часть генераторов, комплектующих сварочные агрегаты и преобразователи (типа ПС и ПСО), имеют падающую внешнюю характеристику. Генератор преобразователя типа ПСГ имеет жесткую вольт-амперную характеристику. Выпускаются генераторы универсальные, позволяющие получать и падающую, и жесткую характеристики (преобразователи типа ПСУ).
Сварочные преобразователи ПСО-500, ПСО-ЗООА, ПСО-120, ПСО-800, ПС-1000, АСО-2000, ПСМ-1000-4 и другие снабжаются в основном асинхронными трехфазными короткозамкнутыми двигателями в однокорпусном исполнении. Они имеют колеса для перемещения по цеху или устанавливаются неподвижно на плите.
Технические данные некоторых преобразователей приведены в табл. 51.
Устройство и работа сварочных генераторов. Промышленностью выпускаются сварочные генераторы трех типов: с независимой и параллельной обмотками возбуждения, размагничивающей последовательной обмоткой и с расщепленными полюсами.
Генераторы с независимой обмоткой возбуждения и размагничивающей последовательной обмоткой (рис. 119) применяются главным образом в сварочных преобразователях ПС0420, ПСО-ЗООА, ПСО-500, ПСО-800, ПС-1000, АСО-2000, отличающихся мощностью и конструктивным оформлением.
На схеме генератора (рис. 199, а ) показаны две обмотки возбуждения: независимая Н и последовательная С , которые расположены на разных полюсах. В цепь независимой обмотки включен реостат РТ . Последовательная обмотка изготовлена из шины большою сечения, так как в ней протекает большой сварочный ток. От части ее витков сделана отпайка, вынесенная на переключатель П .
Магнитный поток последовательной обмотки направлен навстречу магнитному потоку, создаваемому независимой обмоткой возбуждения. В результате действия этих потоков появляется результирующий поток. При холостом ходе последовательная обмотка не работает.
Напряжение холостого хода генератора определяется током в обмотке возбуждения. Это напряжение можно регулировать реостатом РТ , изменяя величину тока в цепи намагничивающей обмотки.
При нагрузке в последовательной обмотке появляется сварочный ток, создающий магнитный поток противоположного направления. С увеличением сварочного тока противодействующий магнитный поток увеличивается, а рабочее напряжение уменьшается. Таким образом образуется падающая внешняя характеристика генератора (рис. 119, б ).
Изменяют внешние характеристики регулированием тока в обмотке независимого возбуждения и переключением числа витков размагничивающей обмотки.
При коротком замыкании сила тока возрастает настолько, что размагничивающий поток резко увеличивается. Результирующий поток, а следовательно, и напряжение на клеммах генератора практически падают до нуля.
Сварочный ток регулируется двумя способами: переключением числа витков размагничивающей обмотки (два диапазона) и реостатом в цепи независимой обмотки (плавное регулирование). При подключении сварочного провода на левую клемму (рис. 119, а ) устанавливаются малые токи, на правую - большие.
Генераторы с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения относятся к системе генераторов с самовозбуждением (рис. 120). Поэтому их полюса изготовляются из ферромагнитной стали, имеющей остаточный магнетизм.
Как видно из схемы (рис. 120, а ), генератор имеет на основных полюсах две обмотки: намагничивающую Н и последовательно включенную размагничивающую С. Ток намагничивающей обмотки создается якорем самого генератора, для чего служит третья щетка С , расположенная на коллекторе посредине между основными щетками а и б .
Встречное включение обмоток создает падающую внешнюю характеристику генератора (рис. 120, б ). Сварочный ток плавно регулируется реостатом РП, включенным в цепь обмотки самовозбуждения. Для ступенчатого регулирования тока размагничивающая обмотка секционирована так же, как и в генераторе типа ПСО. По такой схеме работают генераторы сварочных преобразователей ПС-300, ПСО-ЗООМ, ПС-3004, ПСО-300 ПС-500, САМ-400.
Генератор с расщепленными полюсами (рис. 121) не имеет последовательной обмотки. В этом генераторе расположение полюсов отличается от обычных электрических генераторов постоянного тока. Магнитные полюса не чередуются (за северным следует южный, затем опять северный и т. д.), а одноименные полюса располагаются рядом (два северных и два южных, рис. 121, б ). Горизонтальные полюса Nr называются главными, а вертикальные N п - поперечными.
Рис. 121. Генератор с расщепленными полюсами: а, б - принципиальные магнитная и электрическая схемы; Ф г я, Ф п я - магнитные потоки якоря, Фг - главный магнитный поток, Ф п - поперечный магнитный поток, ГН - нейтраль, П - обмотка поперечных полюсов, Гл - обмотка главных полюсов, РТ - реостат
Главные полюса имеют вырезы, уменьшающие их поперечное сечение для полного насыщения магнитным потоком уже при холостом ходе. Поперечные полюса имеют большое сечение и работают на всех режимах при неполном насыщении. На главных полюсах размещены только главные обмотки возбуждения, а на поперечных - только поперечные. В цепи поперечных обмоток возбуждения установлен регулировочный реостат РТ . Обе обмотки включены между собой параллельно и получают питание от щеток, т. е. генератор работает с Самовозбуждением. Генератор имеет две главные щетки а и б и дополнительную щетку с .
При нагрузке в обмотке якоря появляется ток, который создает магнитный поток якоря, подмагничивающий главные полюса и размагничивающий поперечные. Так как главные полюса полностью насыщены, то действие подмагничивающего потока не сказывается. С увеличением сварочного тока магнитный поток якоря увеличивается, его размагничивающее действие (против потока поперечных полюсов) возрастает и это приводит к уменьшению рабочего напряжения; создается падающая внешняя характеристика генератора. Таким образом, падающая характеристика генератора получается за счет размагничивающего действия магнитного потока якоря.
Плавное регулирование сварочного тока осуществляется реостатом в цепи поперечной обмотки возбуждения 1 .
1 (В выпускавшихся ранее генераторах этого типа (СУГ-2а, СУГ-26 и др.) грубая регулировка тока осуществлялась смещением щеток от нейтрали. )
По схеме с расщепленными полюсами работают генераторы преобразователей ПС-300М, СУГ-2ру и др.
Конструкции однопостовых сварочных преобразователей. Преобразователи ПС-300-1 и ПСО-300 служат для питания одного поста, для сварки, наплавки и резки. Преобразователи рассчитаны на рабочий ток от 65 до 340 А.
Сварочный генератор преобразователя относится к типу генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения.
Генератор имеет крутопадающие внешние характеристики (рис. 120, б ) и два диапазона сварочных токов: 65 - 200 А и при подключении сварочного кабеля к левому зажиму (+) с полным числом витков последовательной размагничивающей обмотки; 160 - 340 А - при подключении к правому зажиму (+) с частью витков последовательной обмотки. В цепь намагничивающей обмотки возбуждения включен реостат типа РУ-Зб сопротивлением 2,98 Ом на токи 4,5 - 12 А, предназначенный для регулирования сварочного тока.
Преобразователь ПСГ-300-1 предназначен для питания поста полуавтоматической сварки в защитном газе. Генератор преобразователя имеет жесткую внешнюю характеристику, которая создается подмагничивающим действием последовательной обмотки возбуждения. Независимая обмотка возбуждения питается от селенового выпрямителя, подключенного к сети переменного тока через феррорезонансный стабилизатор. В цепь обмотки независимого возбуждения включен реостат, позволяющий плавно регулировать напряжение на зажимах генератора от 16 до 40 В. Преобразователь включается в сеть пакетным выключателем. Пределы регулирования сварочного тока 75 - 300 А.
Универсальные сварочные преобразователи ПСУ-300, ПСУ-500 имеют как падающие, так и жесткие внешние характеристики. Преобразователи этого типа состоят из однопостового сварочного генератора постоянного тока и приводного трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, находящихся в одном корпусе.
Сварочный генератор типа ГСУ изготовляется с четырьмя основными и двумя дополнительными полюсами (рис. 122). На двух основных полюсах уложены витки основной намагничивающей обмотки возбуждения, которая получает питание от сети через стабилизирующий трансформатор и селеновый выпрямитель. На двух других основных полюсах уложены витки последовательной обмотки возбуждения; магнитный поток этих полюсов направлен навстречу основному намагничивающему потоку. Обмотки дополнительных полюсов предназначены для улучшения коммутации.
Для получения крутопадающих внешних характеристик включается независимая обмотка возбуждения, последовательная размагничивающая и часть витков обмотки дополнительных полюсов.
При переходе на жесткие внешние характеристики (рис. 122, б ) последовательная размагничивающая обмотка частично отключается, но включается увеличенное количество витков обмотки дополнительных полюсов.
Изменение вида характеристики осуществляется переключением пакетного переключателя, установленного на распределительном устройстве, и присоединением сварочных проводов к двум соответствующим зажимам на клеммовой доске.