Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 24. Источники питания постоянного тока

Источники питания постоянного тока можно разбить на две основные группы: сварочные генераторы и сварочные выпрямительные установки.

Принципиальная электрическая схема сварочного генератора с независимым возбуждением и последовательной размягчающей обмоткой
Сварочные машины постоянного тока подразделяют: по количеству питаемых постов — на однопостовые, предназначенные для питания одной сварочной дуги и на многопостовые, предназначенные для одновременного питания нескольких сварочных дуг;

по способу установки — на стационарные и на передвижные;

по форме внешних характеристик — с падающими, жесткими, возрастающими или полого падающими внешними характеристиками.

Сварочные генераторы постоянного тока различают еще по роду привода — генераторы с электрическим приводом и генераторы с двигателями внутреннего сгорания;

Принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора

по способу выполнения — одно- корпусные (сварочный генератор и двигатель на одном валу в одном корпусе) и раздельные (сварочный генератор и двигатель выполнены на общей раме, а их валы соединены через специальные муфты). Генераторы с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой. Принципиальная схема генераторов этого типа показана на рис. 45.

Сварочный генератор снабжен двумя обмотками возбуждения. Одна обмотка независимого возбуждения создает поток независимого возбуждения Фн. Эта обмотка получает питание от постороннего источника Постоянного тока. Сила тока в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом. Вторая обмотка возбуждения — сериесная (противокомпаундная), включена последовательно в цепь сварочного тока, вследствие чего величина магнитного тока Фр зависит от силы сварочного тока. Как показано стрелками на рис. 45, обмотки возбуждения, намотанные встречно, создают своими противоположными магнитодвижущими силами встречные потоки. При холостом ходе, когда сварочная цепь разомкнута, действует только поток независимого возбуждения, вследствие э. д. с. генератора,

Е = сФн,

где с — постоянная генератора.

При сварке, когда сварочный ток проходит через последовательную обмотку, создается поток Фр, который направлен навстречу потоку Фн. Результирующий поток Фрез и э. д. с. Ег будут уменьшаться. Одновременно будет падать и напряжение на зажимах генератора.

Силу сварочного тока генераторов этого типа регулируют реостатом в цепи обмотки независимого возбуждения и секционированием последовательной обмотки. Технические характеристики современных сварочных преобразователей с такими генераторами приведены в табл. 16.

Генераторы с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения. Сварочные генераторы этого типа являются генераторами с самовозбуждением.

Принципиальная электрическая схема сварочного генератора с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения
Обмотки возбуждения НО (рис. 46) питаются от основной щетки а и вспомогательной щетки z, расположенной между основными щетками, примерно под серединой полюсной дуги. Размагничивающая (последовательная) обмотка ПР включена последовательно в цепь якоря. Обмотки НО и ПР могут размещаться каждая на всех полюсах или раздельно. Для облегчения коммутации вспомогательной щетки z в полюсной дуге основных полюсов сделаны вырезы в зоне коммутации этой щетки.

Падающая внешняя характеристика получается в основном за счет размагничивающего действия обмотки ПР. Обмотка НО питается напряжением, действующим на части обмотки якоря между щетками а и г. Это напряжение обусловливается результирующей величиной половины потока основного полюса в воздушном пространстве и половиной поперечного потока реакции якоря. С увеличением тока нагрузки первый поток уменьшается (вследствие влияния размагничивающего действия

Сварочные преобразователи с генераторами с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой

Преобразователи и агрегаты с генераторами с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой

сериесной обмотки), а второй поток увеличивается (растут ампер- витки реакции якоря). Окончательно результирующий поток, проходящий между щетками anz и создающий а. д. с. на этих щетках, остается практически почти постоянным.

Щетки а и г питают обмотки самовозбуждения генератора. Одновременно э. д. с. и напряжение на главных щетках падают, так как результирующий поток, пронизывающий проводники якоря, падает с ростом размагничивающих ампер-витков обмотки ПР и поперечной реакции якоря.

Кривые зависимости напряжения на каждой паре щеток от силы сварочного тока показаны на рис. 47.

Силу сварочного тока у таких генераторов можно регулировать реостатом в цепи возбуждения. Возможно также добавочное регулирование переключением витков сериесной обмотки возбуждения, что используют часто в генераторах с размагничивающими обмотками. Схема допускает четырехполюсное исполнение генераторов, которое имеет ряд преимуществ в отношении простоты конструкции и уменьшения веса. За последние . годы в промышленность внедрен ряд сварочных агрегатов со сварочными генераторами, построенными по этому принципу. Технические характеристики агрегатов приведены в табл. 17,

Генераторы для сварки в среде защитных газов. Для автоматической и полуавтоматической сварки в среде защитных газов необходимы жесткие или возрастающие внешние характеристики источников питания. Для этой цели специально разработаны преобразователь ПСГ-350 с генератором ГСГ-350 и преобразователь ПСГ-500 с генератором ГСГ-500, а также универсальный преобразователь ПСУ-500.

Внешние характеристики генератора типа ГС

Преобразователь ПСУ-500 дает как падающие, так и жесткие внешние характеристики (табл. 18).

Преобразователь ПСУ-500

Особенностью этих генераторов является то, что они имеют низкое напряжение холостого хода (15—40 В). Благодаря малой индуктивности якоря генератора при коротком замыкании электрода с изделием происходит быстрое возрастание силы сварочного тока и мгновенное оплавление электрода. Это способствует быстрому и надежному возбуждению дуги.

Генераторы этого типа имеют независимое возбуждение от сети переменного тока через блок селеновых выпрямителей. Для обеспечения постоянства режимов сварки при колебаниях напряжения сети обмотка независимого возбуждения питается через стабилизатор напряжения. Кроме независимой обмотки возбуждения генератор имеет подмагничивающую последовательную обмотку с небольшим числом витков (рис. 48).

Режим сварки регулируют реостатом в цепи обмотки независимого возбуждения. Технические характеристики преобразователей ПСГ приведены в табл. 19.

Многопостовые генераторы обычно применяют при централизованном питании стационарных постов. Напряжение на зажимах многопостового генератора не должно изменяться с изменением нагрузки, т. е. внешняя характеристика многопостовых генераторов должна быть жесткой. Падающая характеристика на посту обеспечивается включением последовательно в сварочные цепи балластных реостатов. Силу сварочного тока поста регулируют изменением сопротивления реостатов.

Принципиальная электрическая схема генератора с жесткой внешней характеристикой

Преобразователь ПСМ-1000 рассчитан на одновременное питание девяти или шести сварочных постов с максимальной силой тока поста 200 или 300 А. Преобразователь состоит из генератора СГ-1000 и асинхронного короткозамкнутого двигателя мощностью 75 кВт. Генератор СГ-1000 имеет 12 полюсов. На шести основных полюсах имеются катушки параллельной и последовательной подмагничивающей обмоток. На дополнительных полюсах расположены катушки параллельной ветви последовательной подмагничивающей обмотки. Параллельную обмотку возбуждения подключают к основным клеммам генератора через реостат.

Преобразователь с жесткими характеристикамиПреобразователь ПСМ-1000 снабжают комплектом из девяти балластных реостатов РБ-200 или шести реостатов РБ-300. Преимущества многопостовых генераторов перед однопостовыми: снижение стоимости оборудования, расхода на ремонт и обслуживание из расчета на единицу полезной мощности, потребность в меньших площадях, надежность в эксплуатации. При параллельном включении балластных реостатов ток сварочного поста может быть существенно увеличен. Основные технические данные многопостовых сварочных машин постоянного тока приведены в табл. 20.

Выпрямительные сварочные установки. Эти установки собирают из полупроводниковых элементов, которые обладают свойством проводить ток только в одном направлении. В обратном направлении полупроводники практически не пропускают электрический ток. Основные свойства полупроводникового элемента характеризуются следующими величинами. Во-первых, допустимой плотностью выпрямленного тока, отнесенной к единице рабочей поверхности полупроводникового элемента; эта величина зависит от условий охлаждения элемента. Интенсивное искусственное охлаждение позволяет в 2—2,5 раза поднять нагрузку элемента по сравнению с естественным охлаждением. Во-вторых, падением напряжения в полупроводниковом элементе, зависящим от величины выпрямленного тока и свойств полупроводника. В-третьих, величиной обратного напряжения. Две последние величины характеризуют технико-экономические свойства полупроводникового элемента, от них зависит к. п. д. выпрямителя.

Наибольшее применение в сварочных выпрямительных установках получили селеновые и кремневые полупроводниковые элементы. В сварочных выпрямительных установках используют трехфазную мостовую схему выпрямления, дающую меньшую пульсацию выпрямленного напряжения, более равномерную загрузку силовой сети переменного тока и лучшее использование трансформатора, питающего выпрямитель.

Выпрямленные сварочные установки имеют высокие динамические свойства из-за меньшей электромагнитной инерции. Сила тока и напряжение при переходных процессах изменяются практически мгновенно. Отсутствие вращающихся частей делает установки более простыми и надежными в эксплуатации, чем генераторы постоянного тока. Трехфазные выпрямительные установки обеспечивают высокую стабильность горения дуги, особенно на малых силах тока.

Сварочные выпрямители с падающей внешней характеристикой в зависимости от того, для какого вида сварки они предназначаются, целесообразно разделить на две группы: 1) для ручной и автоматической сварки под флюсом и 2) для дуговой сварки в среде защитных газов.

К первой группе относят сварочные выпрямители, выпускаемые в СССР, типа ВСС, ВКС, ВД-101 и ВД-301.

20. Многопостовые агрегаты. 21. Сварочные выпрямители с падающими внешними характеристиками

Сварочные выпрямители типа ВСС выпускают на номинальную силу тока 300 и 120 А. Электрическая схема выпрямителя ВСС-300-3 на 300 А показана на рис. 49.

Выпрямитель обеспечивает преобразование напряжения трехфазной сети переменного тока в требуемое для процесса дуговой сварки напряжение постоянного тока с созданием необходимой падающей внешней характеристики и обеспечением возможности плавного регулирования силы сварочного тока в нужных пределах.

Выпрямитель представляет собой передвижную однопостовую сварочную установку, состоящую из понижающего трехфазного трансформатора, блока селеновых выпрямителей, вентилятора и пускорегулирующей аппаратуры, смонтированных в общем кожухе.

Понижающий трансформатор имеет повышенную индуктивность рассеивания, что обеспечивает падающую внешнюю характеристику.

Выпрямитель имеет два диапазона регулирования силы сварочного тока соответственно соединению первичной и вторичной обмоток трансформатора звезда—звезда или треугольник—треугольник. Плавного регулирования силы сварочного тока в каждом диапазоне достигают изменением индуктивности рассеивания понижающего трансформатора за счет изменения расстояния между первичной и вторичной обмотками.

Выпрямитель ВСС-120-4 на 120 А имеет такое же принципиальное устройство, как и выпрямитель ЁСС-300-3.

Эти выпрямители предназначены для питания электрической дуги при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов.

Сварочный выпрямитель типа ВКС-500 предназначен для ручной дуговой сварки, автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, резки и наплавки.

Выпрямитель ВКС-500 передвижной, в однокорпусном исполнении с трехфазным питанием. Он состоит из силового понижающего трехфазного трансформатора с подвижными катушками, выпрямительного кремниевого блока с вентилятором, пускорегулирующей и защитной аппаратуры (смонтирован в общем кожухе).

Падающая внешняя характеристика получается за счет повышенной индуктивности рассеяния. Силу сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками — плавное регулирование. При соединении первичных и вторичных обмоток в звезду или треугольник — ступенчатое регулирование.

Принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя ВСС-300-3

Технические характеристики выпрямителей типа ВСС, В КС и ВД приведены а табл. 21.

Вторая группа сварочных выпрямителей с падающей внешней характеристикой предназначена для питания дуги, горящей в среде защитных газов. К ним в основном относятся источники питания малоамперной дуги, горящей в аргоне.

Малоамперная дуга в аргоне имеет падающую вольт-амперную характеристику, поэтому для устойчивого горения такой дуги источник питания также должен иметь крутопадающую внешнюю характеристику.

Наибольшее распространение в СССР получили две схемы сварочных выпрямительных установок, предназначенных для питания малоамперной дуги в аргоне: схема с дросселем насыщения, включенным до силового выпрямительного блока, и схема с полупроводниковым триодом в цепи дуги.

С дросселем насыщения ВНИИЭСО разработан сварочный выпрямитель типа ВССГ-70, предназначенный для ручной дуговой и автоматической сварки неплавящимся (вольфрамовым) электродом в защитных газах тонкостенных изделий.

Источник питания малоамперной сварочной дуги, содержащий в цепи дуги полупроводниковый триод или транзистор, был впервые разработан в Институте электротехники АН УССР. В схеме использован триод в качестве регулятора силы сварочного тока.

Принципиальная схема источника АП-Iс транзистором в цепи приведена на рис. 50. Этот источник питания предназначен для дуговой сварки в аргоне на силе тока 0,5—15 А.

Источник питания содержит трехфазный понижающий трансформатор Тр, трехфазный дроссель насыщения Дн и выпрямительный блок ВС, собранный по трехфазной мостовой схеме. В цепи дуги имеется полупроводниковый регулятор сварочного тока, собранный из десяти параллельно включенных германиевых триодов типа П4 по схеме с общим эмиттером. Дуга возбуждается с помощью осциллятора последовательного включения. Падающая характеристика источника питания получается за счет дросселя насыщения Дн, который имеет две обмотки управления: одну включенную последовательно, а другую параллельно выходу выпрямительного блока ВС. Сопротивлениями Rtи R2подбирается нужная форма внешней характеристики.

Выпрямитель АП-1 имеет еще устройство для заварки кратера. Заварка кратера осуществляется от конденсаторной батареи Сзав.

Принципиальная схема источника питания АП-1

В ИЭС им. Е. О. Патона разработаны транзисторные источники питания типа АП-4, АП-5, АП-6, предназначенные для аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом различных металлов и сплавов на постоянном токе в обычном и пульсирующем режимах. Диапазон сварочного тока серии транзисторных источников (0,5—300 А) обеспечивает сварку металлов толщиной от десятков микрон до нескольких миллиметров. Принцип устройства транзисторных источников базируется на схеме выпускаемого ныне источника питания АП-2. Однако помимо резкого расширения диапазона сварочных токов введен ряд коренных усовершенствований, обеспечивающих высокую надежность в эксплуатации и улучшенные технологические свойства сварочной дуги.

Сварочные выпрямители с жесткими и полого падающими внешними характеристиками. Эти выпрямители предназначены для дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах.

В сварочных выпрямителях с жесткими и пологопадающими внешними характеристиками применяют, за редким исключением, селеновые вентили, так как,Обладая большей массой по сравнению с кремниевыми или германиевыми, они менее чувствительны к перегрузкам, возникающим при коротких замыканиях во время сварки.

Принципиальная схема сварочного выпрямителя типа ВС для сварки плавящимся электродом в углекислом газе показана на рис. 51.

Выпрямитель типа ВС состоит из силового трехфазного понижающего трансформатора Тр и выпрямительного блока В, собранного из селеновых вентилей по трехфазной мостовой схеме. Выпрямитель имеет естественные пологопадающие внешние характеристики (рис. 52).

Регулирование напряжения на выходе выпрямительного блока производят путем ступенчатого переключения числа витков в первичной обмотке каждой фазы трехфазного трансформатора.

Для подбора необходимой скорости нарастания тока короткого замыкания и уменьшения разбрызгивания металла в сварочную цепь после выпрямительного блока включен дроссель Др.

По данной схеме в СССР серийно выпускают выпрямительные установки типа ВС-300, ВС-500, ВС-1000 и ВС-1000-2. Все эти установки разработаны институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР.

Рис. 51. Принципиальная схема сварочного выпрямителя типа ВС. Рис. 52. Внешняя характеристика сварочного выпрямителя типа ВС

Выпрямитель ВС-300 предназначен для питания сварочных полуавтоматов при сварке в среде углекислого газа, а также может быть использован при сварке в среде аргона или гелия.

Выпрямитель ВС-500 предназначен для питания сварочных аппаратов при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом, в газовых средах и открытой дугой (порошковой проволокой специальной проволокой сплошного сечения).

Выпрямитель изготовляют в однокорпусном исполнении с воздушном принудительным охлаждением.

Выпрямитель ВС-1000 предназначен для различных видов автоматической сварки металлов в среде защитных газов и под флюсом; выпрямитель ВС-1000-2 — для автоматической сварки в среде гелия и автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, а также для всех видов механизированной газоэлектрической сварки неплавящимся электродом.

Выпрямители ВС-1000 и ВС-Ш00-2 в однокорпусном исполнении состоят из трехфазного понижающего трансформатора, блока селеновых вентилей с вентилятором, индуктивного делителя напряжения (дросселя) и аппаратуры управления.

Выпрямители имеют пологопадающую внешнюю характеристику благодаря наличию дросселя.

Выпрямленное напряжение регулируется ступенчато переключателями.

Плавное регулирование напряжения в пределах каждой ступени осуществляют изменением воздушного зазора индуктивного делителя напряжения под нагрузкой в процессе сварки. Плавное регулирование можно производить также дистанционно.

Выпрямитель ВС-1000-2 отличается от выпрямителя ВС-1000 размерами и техническими данными.

Выпрямители ВС-300 и ВС-500 серийно выпускает Киевский завод электроизмерительной аппаратуры, а выпрямители ВС-1000 и ВС-1000-2 — Днепропетровский завод шахтной автоматики.

К сварочным выпрямителям с пологопадающими внешними характеристиками можно отнести также выпрямители, у которых для регулирования выходного напряжения применены вольтодобавочные трансформаторы.

По такой схеме Днепропетровский завод выпускает сварочные выпрямители типа ВСК-300.

По схеме, близкой к схеме сварочного выпрямителя типа ВСК, Ржевский завод выпускает сварочные выпрямители типа ИПП.

Схема сварочных выпрямителей типа ИПП отличается от схемы ВСК тем, что регулирование напряжения под нагрузкой у них производят при помощи согласного или встречного включения трехфазного вольто- добавочного трансформатора, первичное напряжение которого регулируют посредством трехфазного автотрансформатора типа «Латер».

Технические характеристики сварочных выпрямителей с жесткими и пологопадающими внешними характеристиками приведены в табл. 22.

Сварочные выпрямители с жесткими и пологопадающими внешними характеристиками
Универсальные сварочные выпрямители типа ВСУ, разработанные ВНИИЭСО, имеют электрическую схему, которая позволяет путем переключения ее отдельных узлов получать как жесткие внешние характеристики для автоматической сварки плавящимся электродом в среде защитного газа, так и крутопадающие для ручной дуговой сварки и сварки под слоем флюса. Выпускает ВСУ Вильнюсский завод электросварочного оборудования на 300 и 500 А.

В состав ВСУ входят силовой понижающий трехфазный трансформатор, дроссель насыщения, силовой выпрямительный блок, магнитный усилитель и стабилизатор напряжения.

Технические характеристики универсальных сварочных выпрямителей ВСУ-300 и В СУ-500 приведены в табл. 23.

Универсальные и многопостовые сварочные выпрямители

В последние годы наша промышленность серийно выпускает многопостовые сварочные выпрямители типа ВКСМ на номинальные длительные силы тока 1000 и 3000 А. Количество постов определяют по номинальной силе тока одного поста и коэффициенту одновременности нагрузки, равному 0,6.

Сварочные выпрямители имеют жесткую внешнюю характеристику. Получение падающей внешней характеристики и регулирование силы сварочного тока поста осуществляют балластными реостатами типа РБ-300, поставляемыми комплектно с выпрямителями.

Выпрямители типа ВКСМ состоят из следующих основных элементов: силового трехфазного понижающего трансформатора, выпрямительного кремниевого блока с вентилятором, пускорегулирующей и защитной аппаратуры.

Принципиальная электрическая схема многопостового сварочного выпрямителя ВКСМ-1000

Принципиальная упрощенная электрическая схема выпрямителя ВКСМ-1000 показана на рис. 53, а техническая характеристика приведена в табл. 23.

вверх страницы