Основы сварочного дела

Сварочные преобразователи

Сварочные преобразователи под­разделяют на следующие группы: по числу питаемых постов — одно - постовые, предназначенные для пита­ния одной сварочной дуги; много - постовые, 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 (II) от точки 1 к точке 2. При возникновении

Рис. 14

и устойчивом горении дуги ее характе­ристика смещается с положения II и занимает положение III, а напряже­ние возрастает до значения, указан­ного точкой 3. Эта точка соответствует режиму устойчивого горения свароч­ной дуги. Ток короткого замыкания (точка 4) не должен превышать сварочный ток (точка 5) более чем в 1,5 раза: /к < 1,5/р.

Наибольшее распространение в строительстве получили однопостовые генераторы с расщепленными полю­сами и генераторы с размагничиваю­щей последовательной обмоткой.

Генераторы с расщепленными по­люсами обеспечивают падающую внешнюю характеристику, используя размагничивающее действие магнит­ного потока якоря. На рис. 15 показа­на схема сварочного генератора такого типа. Дизельный генератор цена имеет четыре основных (Nr и Sr—главные, N„ 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 нй 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.

Рис. 16

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 / и размагничивающую после­довательную обмотку 2. Обмотка воз­буждения питается либо от основной и дополнительной щеток (ft 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 Фв. Следовательно, э. д. с. генератора будет индуцироваться результирую­щим магнитным потоком Фв — Фп - С увеличением сварочного тока маг­нитный поток Фп возрастает, а резуль­тирующий магнитный поток Фв — Ф„ 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, ГСО-500, ГС-500 и др. Крат­кая техническая характеристика сва-

Рис. 18

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-500 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 газо - нефтепроводов, 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.

На рис. 19 представлен сварочный агрегат этой группы ПАС-400-VIII. Агрегат состоит из генератора СГП-3-Vl 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 имеет 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.

Рис. 20

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 ], создающую магнит­ный поток Фі и последовательную обмотку 3, создающую магнитный по­ток Фа того же направления.

При холостом ходе э. д. с. генерато­ра индуцируется только магнитным по­током Фі, 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>2 и э. д. с. будет индуциро­ваться суммарным потоком Ф + Фц. 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-

Рис. 22

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-І изготовлены из меди, а у ПСМ-1000-ІІ — 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 однопосто­вых 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.