Схема сварочного генератора постоянного тока

Обновлено: 20.09.2024

Сварочные генераторы используются в условиях, когда отсутствуют внешние источники питания. Данные устройства самостоятельно вырабатывают электроэнергию, достаточную для полноценного функционирования сварочного поста. В их конструкцию входит сам сварочный аппарат и генератор, вырабатывающий электроэнергию. Наиболее широкое распространение получили силовые установки, работающие на бензине.

Физические свойства ручной дуговой сварки

Для выполнения ручной дуговой сварки используются электроды. Они подаются к месту сваривания постепенно, по мере расплавления, и перемещаются вдоль шва. В это время проявляется основное физическое свойство, когда между электродом и основным металлом загорается дуга. В этот момент стержень расплавляется и жидкий металл в виде капель стекает в так называемую сварочную ванну.

Одновременно со стержнем расплавляется и покрытие электрода, в затем, превращаясь в газ, защищает пространство около дуги и саму ванну на расплавленной поверхности, препятствует контакту атмосферного воздуха с расплавленным металлом. Постепенно дуга перемещается, сварочная ванна становится твердой, металл кристаллизуется, и в этом месте образуется соединительный шов, на поверхности которого появляется твердая корка из шлака.

Сварочная дуга образуется и поддерживается с помощью переменного или постоянного тока, подведенного к электроду и самой металлической конструкции. На самом электроде и поверхности ванны образуются так называемые активные пятна. Расстояние между ними составляет длину дуги. Металл расплавляется на определенную глубину, размер которой зависит от нескольких факторов. Прежде всего, это рабочий режим сварки и ее расположение в пространстве. Существенное влияние оказывает скорость движения дуги, конструкция соединения, размеры и форма кромок, свариваемых между собой.

Как работают генераторные установки

Схема сварочного генератора часто применяется не только на производстве, но и в домашних условиях при выполнении ремонтных работ. Нередко они используются как автономные источники электроэнергии и являются незаменимым оборудованием, особенно на дачах и в загородных домах при регулярных отключениях электричества.

В целом, действия сварочных электрогенераторов происходят по одной и той же схеме.

В якорной обмотке появляется ток с переменным значением. Он появляется там, где эти обмотки пересекают магнитные силовые линии, находящиеся на полюсах статора.
Затем ток подводится к коллекторам и преобразуется из переменного в постоянный.
На следующем этапе этот постоянный ток подается на угольные щетки, очень плотно контактирующие с коллекторами.
В завершение процесса ток идет к зажимам, подключенным к этим щеткам, а уже от них – к сварочным проводам.

Точно также работает и бензиновый генератор для сварочного аппарата. В конструкции каждого агрегата имеется обмотка возбуждения со свойствами намагничивания. Для ее питания могут быть использованы разные способы:

С помощью независимых внешних источников питания.
Непосредственно от генератора, с обмотки якоря при помощи дополнительной щетки, соединенной с намагничивающей обмоткой возбуждения.

В первом случае в генераторе используется независимое возбуждение, а во втором – самовозбуждение. Работа каждого из них может происходить в разных режимах, которые при необходимости регулируются плавными изменениями намагничивающего тока.

Большое значение имеет последовательная обмотка возбуждения, входящая в конструкцию генератора. Ее основным отличием является малое число витков. Обмотка последовательно соединяется с дугой и подает к ней электрический ток. В результате, сила тока в ней будет одинакова с силой тока на сварочной дуге. Каждая обмотка разделяется на несколько секций и функционирует не только полностью, но и отдельными частями.

Сварка этого типа используется в основном для ручной работы с помощью единичных электродов. Именно для таких случаев предусмотрены генераторы с резко падающими внешними характеристиками, когда при повышении тока уменьшается напряжение. Такой ток требуется для поддержания постоянного стабильного горения дуги, которое может быть неровным из-за неравномерного движения руки сварщика.

Коллекторная схема генераторных установок

Одной из ведущих схем подобной аппаратуры являются сварочные генераторы коллекторного типа. Работы этих устройств осуществляется следующим образом.

При нахождении сварочной цепи в разомкнутом виде, и отсутствии нагрузки, на зажимах аппарата появляется так называемое напряжение нулевой нагрузки. Его величина эквивалентна ЭДС, возникающей в якорной обмотке. При нахождении в рабочих режимах данное напряжение находится в полной зависимости от потока магнитной индукции, появляющегося в независимой обмотке возбуждения. Одновременно, магнитный поток зависит от тока возбуждения в обмотке и регулируется специальным реостатом.

В момент зажигания дуги запускается течение тока в якорной обмотке. Далее ток идет через витки в последовательной обмотке возбуждения. В ней создается магнитный поток, направленный против другого магнитного потока, который создается в намагничивающей обмотке ОВН. В связи с этим сварочный ток возрастает, а суммарный магнитный поток в воздушном зазоре генератора снижается. Соответственно происходит уменьшение ЭДС, наводимой в якорной обмотке, и снижение генерируемого напряжения на зажимах.

Таким образом, наблюдается образование крутопадающей внешней статической характеристики. В большинстве сварочных установок коллекторного типа имеется обмотка независимого возбуждения, питающаяся через дополнительную щетку, расположенную между основными. То есть, в этих генераторах присутствует функция самовозбуждения.

Схема генераторов вентильного типа

Бензогенераторы данного типа выполнены в виде индукторного трехфазного генератора переменного тока. Он отличается повышенной частотой, а в схеме имеется встроенный выпрямительный блок. Трехфазная якорная обмотка переменного тока установлена на статоре. Она соединяется по схеме «звезда» или «треугольник». Между двумя роторными пакетами, на статоре также расположена обмотка возбуждения.

Сам ротор изготовлен в виде двух пакетов, состоящих из зубчатых элементов, изготовленных из электротехнической стали. Он не имеет обмоток и вращается вокруг своей оси. В каждом пакете ротора имеется восемь зубцов, смещенных относительно друг друга на 180 градусов.

Когда по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, в ней происходит возникновение переменного магнитного потока. Его распределение осуществляется таким образом, чтобы первый пакет создавал лишь северные полюсы, а второй – южные. При совмещении зубцов ротора и статора достигается максимальное значение магнитного потока, а величина сопротивления на пути этого потока будет минимальной. Магнитный поток становится минимальным, когда зубец статора совпадает с пазом ротора.

Таким образом наглядно видно, что обмотка возбуждения принимает непосредственное участие в создании пульсирующего или переменного магнитного потока. Пронизывая трехфазную обмотку статора, этот поток вызывает наведение в ней переменной ЭДС с повышенной частотой. В свою очередь, переменная ЭДС с помощью выпрямительного блока преобразуется в постоянное напряжение вентильного генератора.

Название устройства связано с выпрямительным блоком, в котором используются кремниевые вентили, собранные по трехфазной схеме в виде моста. Питание обмотки возбуждения осуществляется через трехфазную силовую цепь генератора. Для этого существует специальный блок, в который входят трансформаторы тока и напряжения, а также выпрямители. После запуска генератор изначально самовозбуждается за счет остаточного магнитного потока.

По сравнению с коллекторными устройствами, схема для сварочного генератора вентильного типа обладает существенными преимуществами. У них отсутствуют ненадежные скользящие контакты, они обладают повышенным КПД, отличаются компактными размерами и небольшой массой. Вентильные аппараты зарекомендовали себя более надежными в эксплуатации, высокой стабильностью горения и эластичностью сварочной дуги.

Конструктивные особенности сварочных аппаратов

Все сварочные устройства изготавливаются в компактном виде, включают в себя саму сварку и генератор сварочного аппарата. Агрегаты могут работать на бензине или дизельном топливе и применяются в тех местах, где случаются частые перебои с подачей электроэнергии или электричества нет вообще.

В соответствии с конструктивным исполнением генераторы могут быть передвижными или стационарными, одно- или многопостовыми, с различными вольтамперными характеристиками. Наибольшее распространение получил бензиновый сварочный генератор, средняя мощность которого не превышает 100 кВт. Эти агрегаты просты и удобны в обслуживании, обладают незначительной массой, могут эксплуатироваться в сложных условиях, в том числе при низкой температуре.

Среди недостатков следует отметить пониженный рабочий ресурс, существенный расход топлива и невозможность работы свыше 6 часов в день. Тем не менее, они очень популярны у потребителей в качестве резервной или аварийной аппаратуры. Лучшим вариантом считаются инверторные устройства, способные выдавать постоянную частоту 50 Гц, и выполнять сварочные работы с высоким качеством швов.

Дизельный сварочный генератор хотя и не такой мобильный, но тем не менее, он отличается повышенной выносливостью и способностью непрерывно работать в течение длительного времени. Они создают мало шума и расходуют незначительное количество топлива. Дизельные генераторы очень удобны при больших объемах сварочных работ и в случае необходимости могут использоваться как электростанции круглосуточно обеспечивая бесперебойную подачу электроэнергии.

Схемы генераторов постоянного тока и их характеристики

Свойства генератора постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. Существуют генераторы независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения:

с независимым возбуждением : обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника постоянного тока (аккумуляторной батареи, небольшого вспомогательного генератора, называемого возбудителем, или выпрямителя),

с параллельным возбуждением : обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря и нагрузке,

с последовательным возбуждением : обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой,

со смешанным возбуждением : имеются две обмотки возбуждения — параллельная и последовательная, первая подключена параллельно обмотке якоря, а вторая — последовательно с нею и нагрузкой.

Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением относятся к машинам с самовозбуждением, так как питание их обмоток возбуждения осуществляется от самого генератора.

Возбуждение генераторов постоянного тока: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное.

Все перечисленные генераторы имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмоток возбуждения. Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготовляют из провода малого сечения, они имеют большое число витков, обмотку последовательного возбуждения — из провода большого сечения, она имеет малое число витков.

О свойствах генераторов постоянного тока судят по их характеристикам: холостого хода, внешней и регулировочной. Ниже будут рассмотрены эти характеристики для генераторов различного типа.

Генератор с независимым возбуждением

Характерной особенностью генератора с независимым возбуждением (рис. 1) является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iя, а определяется только напряжением Uв подаваемым на обмотку возбуждения, и сопротивлением Rв цепи возбуждения.

Рис. 1. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением

Обычно ток возбуждения невелик и составляет 2—5 % номинального тока якоря. Для регулирования напряжения генератора в цепь обмотки возбуждения часто включают регулировочный реостат Rрв. На тепловозах ток Iв регулируют путем изменения напряжения Uв.

Характеристика холостого хода генератора (рис. 2, а) — зависимость напряжения Uo при холостом ходе от тока возбуждения Iв при отсутствии нагрузки Rн, т. е. при Iн = Iя = 0 и при постоянной частоте вращения п. При холостом ходе, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение генератора Uo равно его э. д. с. Eo = cЕФn.

Так как при снятии характеристики холостого хода частота вращения n поддерживается неизменной, то напряжение Uo зависит только от магнитного потока Ф. Поэтому характеристика холостого хода будет подобна зависимости потока Ф от тока возбуждения Iя (магнитной характеристике магнитной цепи генератора).

Характеристику холостого хода легко снять экспериментально, постепенно увеличивая ток возбуждения от нуля до значения, при котором U0 = 1,25Uном, а затем уменьшая ток возбуждения до нуля. При этом получаются восходящая 1 и нисходящая 2 ветви характеристики. Расхождение этих ветвей объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. При Iв = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуцируется остаточная э. д. с. Еост, которая обычно составляет 2—4 % номинального напряжения Uном.

При малых токах возбуждения магнитный поток машины невелик, поэтому в этой области поток и напряжение Uo изменяются прямо пропорционально току возбуждения и начальная часть этой характеристики представляет собой прямую. При увеличении тока возбуждения магнитная цепь генератора насыщается и нарастание напряжения Uo замедляется. Чем больше становится ток возбуждения, тем сильнее сказывается насыщение магнитной цепи машины и тем медленнее возрастает напряжение U0. При очень больших токах возбуждения напряжение Uo практически перестает возрастать.

Характеристика холостого хода позволяет судить о значении возможного напряжения и о магнитных свойствах машины. Номинальное напряжение (указанное в паспорте) для машин общего применения соответствует насыщенной части характеристики («колену» этой кривой). В тепловозных генераторах, требующих регулирования напряжения в широких пределах, используют как криволинейную, так и прямолинейную ненасыщенную часть характеристики.

Э. д. с. машины изменяется пропорционально частоте вращения n , поэтому при n2

Внешняя характеристика генератора (рис. 2, б) представляет собой зависимость напряжения U от тока нагрузки Iп = Iя при постоянных частоте вращения n и токе возбуждения Iв. Напряжение генератора U всегда меньше его э. д. с. Е на значение падения напряжения во всех обмотках, включенных последовательно в цепь якоря.

С увеличением нагрузки генератора (тока обмотки якоря I_Я — I_Н) напряжение генератора уменьшается по двум причинам:

1) из-за увеличения падения напряжения в цепи обмотки якоря,

2) из-за уменьшения э. д. с. в результате размагничивающего действия потока якоря. Магнитный поток якоря несколько ослабляет главный магнитный поток Ф генератора, что приводит к некоторому уменьшению его э. д. с. Е при нагрузке по сравнению с э. д. с. Ео при холостом ходе.

Изменение напряжения при переходе от режима холостого хода к номинальной нагрузке в рассматриваемом генераторе составляет 3 - 8℅ от номинального.

Если замкнуть внешнюю цепь на очень малое сопротивление, т. е. произвести короткое замыкание генератора, то напряжение его падает до нуля. Ток в обмотке якоря Iк при коротком замыкании достигнет недопустимого значения, при котором может перегореть обмотка якоря. В машинах малой мощности ток короткого замыкания может в 10—15 раз превысить номинальный ток, в машинах большой мощности это соотношение может достигать 20—25.

Рис. 2. Характеристики генератора с независимым возбуждением: а — холостого хода, б — внешняя, в — регулировочная

Регулировочная характеристика генератора (рис. 2, в) представляет собой зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки Iн при неизменном напряжении U и частоте вращения п. Она показывает, как надо регулировать ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки. Очевидно, что в этом случае по мере роста нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.

Достоинствами генератора с независимым возбуждением являются возможность регулирования напряжения в широких пределах от 0 до Umax путем изменения тока возбуждения и малое изменение напряжения генератора под нагрузкой. Однако он требует наличия внешнего источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения.

Генератор с параллельным возбуждением.

В этом генераторе (рис. 3, а) ток обмотки якоря Iя разветвляется во внешнюю цепь нагрузки RH (ток Iн) и в обмотку возбуждения (ток Iв), ток Iв для машин средней и большой мощности составляет 2—5 % номинального значения тока в обмотке якоря. В машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от обмотки якоря генератора. Однако самовозбуждение генератора возможно только при выполнении ряда условий.

1. Для начала процесса самовозбуждения генератора необходимо наличие в магнитной цепи машины потока остаточного магнетизма, который индуцирует в обмотке якоря э. д. с. Еост. Эта э. д. с. обеспечивает протекание по цепи «обмотка якоря — обмотка возбуждения» некоторого начального тока.

2. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, должен быть направлен согласно с магнитным потоком остаточного магнетизма. В этом случае в процессе самовозбуждения будет нарастать ток возбуждения Iв и, следовательно, магнитный поток Ф машины э. д. с. Е. Это будет продолжаться до тех пор, пока из-за насыщения магнитной цепи машины не прекратится дальнейшее увеличение Ф, а следовательно, Е и Iв. Совпадение по направлению указанных потоков обеспечивается путем правильного присоединения обмотки возбуждения к обмотке якоря. При неправильном ее подключении происходит размагничивание машины (исчезает остаточный магнетизм) и э. д. с. Е уменьшается до нуля.

3. Сопротивление цепи возбуждения RB должно быть меньше некоторого предельного значения, называемого критическим сопротивлением. Поэтому для быстрейшего возбуждения генератора рекомендуется при включении генератора в работу полностью выводить регулировочный реостат Rрв, включенный последовательно с обмоткой возбуждения (см. рис. 3, а). Это условие ограничивает также возможный диапазон регулирования тока возбуждения, а следовательно, и напряжения генератора с параллельным возбуждением. Обычно уменьшать напряжение генератора путем увеличения сопротивления цепи обмотки возбуждения можно лишь до (0,64-0,7) Uном.

Рис. 3. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а) и внешние характеристики генераторов с независимым и параллельным возбуждением (б)

Следует отметить, что для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы процесс увеличения его э. д. с. E и тока возбуждения Iв происходил при работе машины в режиме холостого хода. В противном случае из-за малого значения Eoст и большого внутреннего падения напряжения в цепи обмотки якоря напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, может уменьшиться почти до нуля и ток возбуждения не сможет увеличиться. Поэтому нагрузку к генератору следует подключать только после установления на его зажимах напряжения, близкого к номинальному.

При изменении направления вращения якоря изменяется полярность щеток, а следовательно, и направление тока в обмотке возбуждения, в этом случае генератор размагничивается.

Во избежание этого при изменении направления вращения необходимо переключить провода, присоединяющие обмотку возбуждения к обмотке якоря.

Внешняя характеристика генератора (кривая 1 на рис. 3, б) представляет собой зависимость напряжения U от тока нагрузки Iн при неизменных значениях частоты вращения n и сопротивления цепи возбуждения RB. Она располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (кривая 2).

Объясняется это тем, что кроме тех же двух причин, вызывающих уменьшение напряжения с ростом нагрузки в генераторе с независимым возбуждением (падение напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие реакции якоря), в рассматриваемом генераторе существует еще третья причина — уменьшение тока возбуждения.

Так как ток возбуждения IB = U/Rв, т. е. зависит от напряжения U машины, то с уменьшением напряжения по указанным двум причинам уменьшается магнитный поток Ф и э. д. с. генератора Е, что приводит к дополнительному уменьшению напряжения. Максимальный ток Iкр, соответствующий точке а, называется критическим.

При коротком замыкании обмотки якоря ток Iк генератора с параллельным возбуждением мал (точка б), так как в этом режиме напряжение и ток возбуждения равны нулю. Поэтому ток короткого замыкания создается только э. д. с. от остаточного магнетизма и составляет (0,4…0,8) Iном.. Внешняя характеристика точкой а делится на две части: верхнюю — рабочую и нижнюю — нерабочую.

Обычно используется не вся рабочая часть, а только некоторый ее отрезок. Работа на участке аб внешней характеристики неустойчива, в этом случае машина переходит в режим, соответствующий точке б, т. е. в режим короткого замыкания.

Характеристику холостого хода генератора с параллельным возбуждением снимают при независимом возбуждении (когда ток в якоре Iя = 0), поэтому она ничем не отличается от соответствующей характеристики для генератора с независимым возбуждением (см. рис. 2, а). Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и характеристика для генератора с независимым возбуждением (см. рис. 2, в).

Генераторы с параллельным возбуждением применяют для питания электрических потребителей в пассажирских вагонах, автомобилях и самолетах, в качестве генераторов управления на электровозах, тепловозах и моторных вагонах и для заряда аккумуляторных батарей.

Генератор с последовательным возбуждением

У этого генератора (рис. 4, а) ток возбуждения Iв равен току нагрузки Iн = Iя и напряжение сильно изменяется при изменении тока нагрузки. При холостом ходе в генераторе индуцируется небольшая э. д. с. Еост, создаваемая потоком остаточного магнетизма (рис. 4, б).

С увеличением тока нагрузки Iи = Iв = Iя возрастают магнитный поток, э. д. с. и напряжение генератора, это возрастание, как и у других самовозбуждающихся машин (генератора с параллельным возбуждением), продолжается до известного предела, обусловленного магнитным насыщением машины.

При увеличении тока нагрузки свыше Iкр напряжение генератора начинает уменьшаться, так как магнитный поток возбуждения из-за насыщения почти перестает увеличиваться, а размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи обмотки якоря IяΣRя продолжают возрастать. Обычно ток Iкр значительно больше номинального тока. Генератор может работать устойчиво только на части аб внешней характеристики, т. е. при токах нагрузки, больших номинального.

Так как в генераторах с последовательным возбуждением напряжение сильно изменяется при изменении нагрузки, а при холостом ходе близко в нулю, они непригодны для питания большинства электрических потребителей. Используют их лишь при электрическом (реостатном) торможении двигателей с последовательным возбуждением, которые при этом переводятся в генераторный режим.

Рис. 4. Принципиальная схема генератора с последовательным возбуждением (а) и его внешняя характеристика (б)

Генератор со смешанным возбуждением.

В этом генераторе (рис. 5, а) чаще всего параллельная обмотка возбуждения является основной, а последовательная — вспомогательной. Обе обмотки находятся на одних полюсах и соединены так, чтобы создаваемые ими магнитные потоки складывались (при согласном включении) или вычитались (при встречном включении).

Генератор со смешанным возбуждением при согласном включении его обмоток возбуждения позволяет получить приблизительно постоянное напряжение при изменении нагрузки. Внешняя характеристика генератора (рис. 5, б) может быть в первом приближении представлена в виде суммы характеристик, создаваемых каждой обмоткой возбуждения.

Рис. 5. Принципиальная схема генератора со смешанным возбуждением (а) и его внешние характеристики (б)

При включении только одной параллельной обмотки, по которой проходит ток возбуждения Iв1, напряжение генератора U постепенно уменьшается с ростом тока нагрузки Iн (кривая 1). При включении одной последовательной обмотки, по которой проходит ток возбуждения Iв2 = Iн напряжение U возрастает с увеличением тока Iн (кривая 2).

Если подобрать число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение ΔU_ПОСЛ компенсировало суммарное падение напряжения ΔU при работе машины с одной только параллельной обмоткой, то можно добиться, чтобы напряжение U при изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения оставалось почти неизменным (кривая 3). Практически оно изменяется в пределах 2—3 %.

Увеличивая число витков последовательной обмотки, можно получить характеристику, при которой напряжение U_HOM будет больше напряжения Uо при холостом ходе (кривая 4), такая характеристика обеспечивает компенсацию падения напряжения не только во внутреннем сопротивлении цепи якоря генератора, но и в линии, соединяющей его с нагрузкой. Если последовательную обмотку включить так, чтобы создаваемый ею магнитный поток был направлен против потока параллельной обмотки (встречное включение), то внешняя характеристика генератора при большом числе витков последовательной обмотки будет круто падающей (кривая 5).

Встречное включение последовательной и параллельной обмоток возбуждения применяют в сварочных генераторах, работающих в условиях частых коротких замыканий. В таких генераторах при коротком замыкании последовательная обмотка почти полностью размагничивает машину и уменьшает ток к. з. до значения, безопасного для генератора.

Генераторы со встречно включенными обмотками возбуждения используют на некоторых тепловозах в качестве возбудителей тяговых генераторов, они обеспечивают постоянство мощности, отдаваемой генератором.

Такие возбудители применяют также на электровозах постоянного тока. Они питают обмотки возбуждения тяговых двигателей, которые при рекуперативном торможении работают в генераторном режиме, и обеспечивают получение круто падающих внешних характеристик.

Генератор смешанного возбуждения является типичным примером регулирования по возмущающему воздействию.

Генераторы постоянного тока часто включаются параллельно для работы на общую сеть. Необходимым условием параллельной работы генераторов с распределением нагрузки пропорционально номинальной мощности является идентичность их внешних характеристик. В случае применения генераторов смешанного возбуждения их последовательные обмотки для выравнивании токов приходится соединять в общий блок посредством уравнительного провода.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Сварочные генераторы

Сварочные генераторы входят в состав сварочных преобразователей и сварочных агрегатов.

Сварочный преобразователь содержит приводной трехфазный электродвигатель, сварочный электрогенератор постоянного тока и устройство регулирования сварочного тока.

Сварочный агрегат содержит приводной двигатель внутреннего сгорания, сварочный электрогенератор постоянного тока и устройство регулирования сварочного тока.

Сварочные генераторы подразделяют по конструкции на коллекторные и вентильные, а по принципу действия на генераторы с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

Сварчоные генераторы коллекторного типа с независимым возбуждением применялись в сварочных преобразователях, выпуск которых в нашей стране прекращен в 90х годах 20 века, но пока еще в некоторых организациях эксплуатируются.

Остальные виды генераторов в настоящее время являются составной частью сварочных агрегатов.

Коллекторные сварочные генераторы

Коллекторные генераторы являются машинами постоянного тока, содержащими статор с магнитными полюсами и обмотками, а также ротор с обмотками, концы которых выведены на пластины коллектора.

При вращении ротора витки его обмотки пересекают силовые линии магнитного поля и в них индуцируется ЭДС.

Графитовые щетки осуществляют подвижный контакт с пластинами коллектора. Щетки машины располагаются на электрической (геометрической) нейтрали коллектора, где ЭДС в витках меняет свое направление. Если сдвинуть щетки с нейтрали, то напряжение генератора снизится и переключение обмоток будет происходить под напряжением, что в сварочных генераторах под нагрузкой приведет к очень быстрому расплавлению коллектора электрической дугой.

ЭДС на щетках сварочного генератора пропорциональна магнитному потоку, создаваемому магнитными полюсами Е2 = сФ, где Ф - магнитный поток; с — постоянная генератора, определяемая его конструкцией и зависящая от числа пар полюсов, количества витков в якорной обмотке, скорости вращения якоря.

Напряжение на выходе генератора при нагрузке U2 = E2 - J св R г, где U2 - выходное напряжение на клеммах генератора при нагрузке; Jсв - сварочный ток; Rг - суммарное сопротивление участка цепи якоря внутри генератора и щеточных контактов.

Поэтому внешняя статическая характеристика такого генератора полого падающая. Для получения круто падающей внешней статической характеристики в коллекторных генераторах применяется принцип внутреннего размагничивания машины, что обеспечивается статорной обмоткой размагничивания. При необходимости получения жесткой внешней статической характеристики используется подмагничивающая обмотка статора.

Сварочный генератор с независимым возбуждением и размагничивающей обмоткой

Рис. 1 Схема сварочного генератора с независимым возбуждением и размагничивающей обмоткой

Отличительной особенностью такого генератора является то, что на магнитных полюсах расположены две обмотки возбуждения. Одна (намагничивающая) питается от постороннего источника тока (с независимым возбуждением), а по другой (размагничивающей) протекает сварочный ток.

Размагничивающая обмотка, играя роль сопротивления, включенного последовательно с дугой, обеспечивает падающую характеристику генератора, а при ее секционировании ступенчато регулирует величину тока.

Включение в работу всех витков размагничивающей обмотки дает ступень малых токов, а включение части витков - ступень больших токов.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется за счет изменения напряжения холостого хода, для чего служит реостат R в цепи намагничивающей обмотки. Увеличение сопротивления R приводит к снижению намагничивающего тока снижению потока намагничивания Фн, напряжения холостого хода генератора и, наконец, к уменьшению сварочного тока.

Генератор обеспечивает падающую внешнюю статическую характеристику только при вращении в одну сторону, указанную на корпусе стрелкой. В сварочных преобразователях необходимо контролировать правильное направление вращения электродвигателя до проведения сварки на холостом ходу.

Сварочный генератор с самовозбуждением и размагничивающей обмоткой

Главное отличие этого типа генераторов в том, что намагничивающая обмотка возбуждения питается не от постороннего источника, а от самого генератора. Поэтому они называются генераторами с самовозбуждением.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема и устройство магнитной системы четырех полюсного генератора с самовозбуждением

В коллекторных сварочных генераторах, кроме основных полюсов и обмоток, есть ещё две дополнительных полюса, на которых размещается по витку дополнительной последовательной обмотки. Это необходимо для компенсации магнитного потока реакции якоря и сохранения положения электрической нейтрали машины при изменении нагрузки.

Для нормальной работы генератора с самовозбуждением необходимо, чтобы напряжение, подаваемое на намагничивающую обмотку, не изменялось в процессе сварки, т.е. не зависело от режима сварки. С этой целью в генераторе установлена третья дополнительная щетка, которая располагается между двумя основными щетками.

Напряжение, питающее намагничивающую обмотку, оказывается независящим от сварочного тока. Падающая же характеристика генератора обеспечивается за счет размагничивающего действия размагничивающей обмотки, проявляющегося под второй половиной полюсов.

Особенность сварочных генераторов с самовозбуждением состоит в том, что их запуск возможен только при вращении якоря, в одном направлении, указанном стрелкой на торцевой крышке статора. Это связано с тем, что первоначальное возбуждение генератора при его запуске происходит благодаря остаточному намагничиванию полюсов.

При вращении якоря в противоположную сторону в обмотке возбуждения потечет ток обратного направления, который своим нарастающим магнитным полем в какой-то момент времени компенсирует остаточное намагничивание полюсов, т.е. суммарный магнитный поток под полюсами станет равным нулю. В этом случае для возбуждения генератора необходимо намагничивающую обмотку временно подсоединить к независимому источнику постоянного тока.

Вентильные сварочные генераторы

Сварочные генераторы этого типа появились в середине 70-х годов 20 века после освоения производства силовых кремниевых вентилей. В этих генераторах функцию выпрямления тока вместо коллектора выполняет полупроводниковый выпрямитель, на который подается переменное напряжение генератора.

В сварочных агрегатах применяются генераторы три типа конструкции генераторов переменного тока: индукторный, синхронный и асинхронный. В России сварочные агрегаты выпускаются с индукторными генераторами с самовозбуждением, независимым возбуждением и со смешанным возбуждением.

Рис. 3. Схема вентильного генератора с самовозбуждением

В индукторном генераторе неподвижная обмотка возбуждения питается постоянным током, но создаваемый ею магнитный поток имеет переменный характер. Он максимален при совпадении зубцов ротора и статора, когда магнитное сопротивление на пути потока минимально, и минимален при совпадении впадин ротора и статора. Следовательно, ЭДС наводимая этим потоком, тоже переменная.

Три рабочие обмотки расположены на статоре со сдвигом на 120°, поэтому на выходе генератора образуется трехфазное переменное напряжение. Падающая характеристика генератора получается за счет большого индуктивного сопротивления самого генератора. Реостат в цепи возбуждения служит для плавной регулировки сварочного тока.

Отсутствие скользящих контактов (между щетками и коллектором) делает данный генератор более надежным в эксплуатации. Кроме того, у него более высокий КПД, меньшие масса и габариты, чем у коллекторного генератора.

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема вентильного сварочного генератора типа ГД-312 с самовозбуждением

Для обеспечения работы на холостом ходу питание обмотки возбуждения осуществляется от трансформатора напряжения, а для питания ее в режиме короткого замыкания – от трансформатора тока. В режиме нагрузки – сварки – на обмотку возбуждения подается смешанный сигнал управления пропорциональный части выходного напряжения и пропорциональный току. Вентильные генераторы выпускаются марки ГД-312 и применяются для ручной сварки металлов в составе агрегатов типа АДБ.

Рис. 5. Принципиальная схема сварочного генератора ГД-4006

В России выпускают несколько конструкций многопостовых агрегатов с количеством постов от 2х до 4х. На рынке представлены универсальные агрегаты для нескольких способов сварки или сварки и плазменной резки. В частности агрегат АДДУ-4001ПР.

Формирование искусственных ВСХ агрегата АДДУ-4001ПР обеспечивается тиристорным силовым блоком с микропроцессорным управлением. Более широкие технологические возможности обеспечивает применение в агрегатах инверторных силовых блоков, как например в агрегате Vantage 500.

Генераторы постоянного тока

Работа генератора основана на использовании закона электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле и пересекающем магнитный поток, индуцируется э д. с.

Одной из основных частей машины постоянного тока является магнитопровод, по которому замыкается магнитный поток. Магнитная цепь машины постоянного тока (рис. 1) состоит из неподвижной части — статора 1 и вращающейся части — ротора 4. Статор представляет собой стальной корпус, к которому крепятся другие детали машины, в том числе магнитные полюсы 2. На магнитные полюсы насаживается обмотка возбуждения 3, питаемая постоянным током и создающая основной магнитный поток Ф0.

Рис. 1. Магнитная цепь машины постоянного тока с четырьмя полюсами

Рис. 2. Листы, из которых набирают магнитную цепь ротора: а — с открытыми пазами, б — с полузакрытыми пазами

Ротор машины набирают из стальных штампованных листов с пазами по окружности и с отверстиями для вала и вентиляции (рис. 2). В пазы (5 на рис. 1) ротора закладывается рабочая обмотка машины постоянного тока, т. е. обмотка, в которой основным магнитным потоком индуцируется э. д. с. Эту обмотку называют обмоткой якоря (поэтому ротор машины постоянного тока принято называть якорем).

Значение э. д. с. генератора постоянного тока может изменяться, но ее полярность остается постоянной. Принцип действия генератора постоянного тока показан на рис. 3.

Полюсы постоянного магнита создают магнитный поток. Представим, что обмотка якоря состоит из одного витка, концы которого присоединены к различным полукольцам, изолированным друг от друга. Эти полукольца образуют коллектор, который вращается вместе с витком обмотки якоря. По коллектору при этом скользят неподвижные щетки.

При вращении витка в магнитном поле в нем индуцируется э. д. с

где В — магнитная индукция, l — длина проводника, v — его линейная скорость.

Когда плоскость витка совпадает с плоскостью осевой линии полюсов (виток расположен вертикально), проводники пересекают максимальный магнитный поток и в них индуцируется максимальное значение э. д. с. Когда виток занимает горизонтальное положение, э. д. с. в проводниках равна нулю.

Направление э. д. с. в проводнике определяется по правилу правой руки (на рис. 3 оно показано стрелками). Когда при вращении витка проводник переходит под другой полюс, направление э. д. с. в нем меняется на обратное. Но так как вместе с витком вращается коллектор, а щетки неподвижны, то с верхней щеткой всегда соединен проводник, находящийся под северным полюсом, э. д. с. которого направлена от щетки. В результате полярность щеток остается неизменной, а следовательно, остается неизменной по направлению э. д. с. на щетках — е_щ (рис. 4).

Рис. 3. Простейший генератор постоянного тока

Рис. 4. Изменение во времени э.д.с. простейшего генератора постоянного тока

Хотя э. д. с. простейшего генератора постоянного тока постоянна по направлению, по значению она изменяется, принимая за один оборот витка два раза максимальное и два раза нулевое значения. Э. д. с. с такой большой пульсацией непригодна для большинства приемников постоянного тока и в строгом смысле слова ее нельзя назвать постоянной.

Для уменьшения пульсаций обмотку якоря генератора постоянного тока выполняют из большого числа витков (катушек), а коллектор — из большого числа коллекторных пластин, изолированных друг от друга.

Рассмотрим процесс сглаживания пульсаций на примере обмотки кольцевого якоря (рис. 5), состоящей из четырех катушек (1, 2, 3, 4), по два витка в каждой. Якорь вращается по направлению часовой стрелки с частотой n и в проводниках обмотки якоря, расположенных на внешней стороне якоря, индуцируется э. д. с. (направление показано стрелками).

Обмотка якоря представляет собой замкнутую цепь, состоящую из последовательно соединенных витков. Но относительно щеток обмотка якоря представляет собой две параллельные ветви. На рис. 5, а одна параллельная ветвь состоит из катушки 2, вторая — из катушки 4 (в катушках 1 и 3 э. д. с. не индуцируется, и они обеими концами соединены с одной щеткой). На рис. 5, б якорь показан в положении, которое он занимает через 1/8 оборота. В этом положении одна параллельная ветвь обмотки якоря состоит из последовательно включенных катушек 1 и 2, а вторая — из последовательно включенных катушек 3 и 4.

Рис. 5. Схема простейшего генератора постоянного тока с кольцевым якорем

Каждая катушка при вращении якоря по отношению к щеткам имеет постоянную полярность. Изменение э. д. с. катушек во времени при вращении якоря показано на рис. 6, а. Э. д. с. на щетках равна э. д. с. каждой параллельной ветви обмотки якоря. Из рис. 5 видно, что э. д. с. параллельной ветви равна или э. д. с. одной катушки, или сумме э. д. с. двух соседних катушек:

В результате этого пульсации э. д. с. обмотки якоря заметно уменьшаются (рис. 6, б). При увеличении числа витков и коллекторных пластин можно получить практически постоянную э. д. с. обмотки якоря.

Конструкция генераторов постоянного тока

В процессе технического прогресса в электромашиностроении конструктивный вид машин постоянного тока изменяется, хотя основные детали остаются теми же.

Рассмотрим устройство одного из типов машин постоянного тока, выпускаемых промышленностью. Как указывалось, основными частями машины являются статор и якорь. Статор 6 (рис 7), изготовленный в виде стального цилиндра, служит как для крепления других деталей, так и для защиты от механических повреждений и является неподвижной частью магнитной цепи.

К статору крепятся магнитные полюсы 4, которые могут представлять собой постоянные магниты (у машин малой мощности) или электромагниты. В последнем случае на полюсы насаживается обмотка возбуждения 5, питаемая постоянным током и создающая неподвижный относительно статора магнитный поток.

При большом числе полюсов их обмотки включают параллельно или последовательно, но так, чтобы северный и южный полюсы чередовались (см. рис. 1). Между главными полюсами располагаются добавочные полюсы со своими обмотками. К статору крепятся подшипниковые щиты 7 (рис. 7).

Якорь 3 машины постоянного тока набирается из листовой стали (см. рис. 2) для уменьшения потерь мощности и от вихревых токов. Листы изолируются друг от друга. Якорь является подвижной (вращающейся) частью магнитопровода машины. В пазы якоря укладывается обмотка якоря, или рабочая обмотка 9.

Рис. 6. Изменение во времени э.д.с катушек и обмотки кольцевого якоря

В настоящее время выпускаются машины с якорем и обмоткой барабанного типа. Рассмотренная ранее обмотка кольцевого якоря имеет недостаток, заключающийся в том, что э. д. с. индуцируется только в проводниках, расположенных на внешней поверхности якоря. Следовательно, активными являются только половина проводников. В обмотке барабанного якоря все проводники — активные, т. е. для создания той же э. д. с, что и в машине с кольцевым якорем, требуется почти в два раза меньше проводникового материала.

Расположенные в пазах проводники обмотки якоря соединяются между собой лобовыми частями витков. В каждом пазу обычно располагается несколько проводников. Проводники одного паза соединяются с проводниками другого паза, образуя последовательное соединение, называемое катушкой или секцией. Секции соединяются последовательно и образуют замкнутую цепь. Последовательность соединения должна быть такой, чтобы э. д. с. в проводниках, входящих в одну параллельную ветвь, имели одинаковое направление.

На рис. 8 показана простейшая обмотка якоря барабанного типа двухполюсной машины. Сплошными линиями показано соединение секций друг с другом со стороны коллектора, а пунктирными — лобовые соединения проводников с противоположной стороны. От точек соединения секций делаются отпайки к коллекторным пластинам. Направление э. д. с. в проводниках обмотки показано на рисунке: «+» — направление от читателя, «•» — направление на читателя.

Обмотка такого якоря имеет также две параллельные ветви: первая, образованная проводниками пазов 1, 6, 3, 8, вторая — проводниками пазов 4, 7, 2, 5. При вращении якоря сочетание пазов, проводники которых образуют параллельную ветвь, все время изменяется, но всегда параллельная ветвь образуется проводниками четырех пазов, занимающих постоянное положение в пространстве.

Рис. 7. Устройство машины постоянного тока якоря барабанного типа

Рис. 8. Простейшая обмотка

Выпускаемые заводами машины имеют десятки или сотни пазов по окружности барабанного якоря и число коллекторных пластин, равное числу секций обмотки якоря.

Коллектор 1 (см. рис. 7) состоит из медных изолированных друг от друга пластин, которые соединяют с точками соединения секций обмотки якоря, и служит для преобразования переменной э. д. с. в проводниках обмотки якоря в постоянную э. д. с. на щетках 2 генератора или преобразования постоянного тока, подводимого к щеткам двигателя из сети, в переменный ток в проводниках обмотки якоря двигателя. Коллектор вращается вместе с якорем.

При вращении якоря по коллектору скользят неподвижные щетки 2. Щетки бывают графитовые и медно-графитовые. Они крепятся в щеткодержателях, которые допускают поворот на некоторый угол. С якорем соединена крыльчатка 8 для вентиляции.

Классификация и параметры генераторов постоянного тока

В основу классификации генераторов постоянного тока положен вид источника питания обмотки возбуждения. Различают:

1. генераторы с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которых питается от постороннего источника (аккумулятора или другого источника постоянного тока). У генераторов малой мощности (десятки ватт) основной магнитный поток может создаваться постоянными магнитами,

2. генераторы с самовозбуждением, обмотка возбуждения которых питается от самого генератора. По схеме соединения обмоток якоря и возбуждения по отношению к внешней цепи бывают: генераторы параллельного возбуждения, у которых обмотка возбуждения включена параллельно с обмоткой якоря (шунтовые генераторы), генераторы последовательного возбуждения, у которых эти обмотки включены последовательно (сериесные генераторы), генераторы смешанного возбуждения, у которых одна обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря, а вторая — последовательно (компаундные генераторы).

Номинальный режим генератора постоянного тока определяется номинальной мощностью — мощностью, отдаваемой генератором приемнику, номинальным напряжением на зажимах обмотки якоря, номинальным током якоря, током возбуждения, номинальной частотой вращения якоря. Эти величины обычно указываются в паспорте генератора.

Однопостовые агрегаты или установки постоянного тока переменного напряжения

Однопостовой сварочный генератор, т. е. сконструированный для питания одного сварочного поста или одной сварочной дуги, должен иметь круто падающую характеристику (фиг. 29). Таким образом, однопостовой сварочный генератор не поддерживает постоянного напряжения на своих зажимах, которое быстро меняется вместе с изменением нагрузки, падая почти до нуля при коротком замыкании цепи, когда электрод касается изделия. Поэтому однопостовые генераторы часто называются генераторами переменного напряжения. Сила тока такого генератора остаётся более или менее постоянной за время горения дуги.

Рассмотрим, каким образом можно получить нужную форму круто падающей характеристики генератора.

Напряжение на зажимах генератора равно его электродвижущей силе за вычетом падения напряжения во внутренней цепи. Для уменьшения потерь и повышения к. п. д. внутреннее сопротивление генератора, обмоток его якоря, щёток и щёточных контактов делается возможно малым и потому вызывает незначительную потерю напряжения порядка нескольких вольт при полной нагрузке. Поэтому для значительного изменения напряжения генератора с изменением нагрузки необходимо соответственно менять его электродвижущую силу. Электродвижущая сила Е генератора постоянного тока может быть выражена следующим образом:

где к — постоянная, характеризующая данный генератор, определяемая его конструкцией и размерами.

В этой формуле переменными величинами являются п — число оборотов якоря генератора и Ф — магнитный поток, пронизывающий якорь генератора. Таким образом, для изменения электродвижущей силы генератора нужно менять число оборотов якоря п пли магнитный поток Ф, пронизывающий обмотку якоря генератора.

В настоящее время сварочные агрегаты с переменным числом оборотов не применяются. Существующие агрегаты работают практически при постоянном числе оборотов. Таким образом, остаётся единственная возможность изменения электродвижущей силы: соответственно изменять магнитный поток, пронизывающий обмотку якоря генератора. Изменение магнитного потока, пронизывающего якорь, может достигаться изменением величины общего потока генератора или его направления.

Существует два основных способа воздействия на магнитный поток генератора: 1) применение размагничивающих обмоток на полюсах генератора; 2) использование реакции якоря генератора. Рассмотрим сначала применение размагничивающей обмотки. В этом случае получается генератор с так называемым дифференциальным возбуждением. Схема простейшего генератора с дифференциальным возбуждением показана на фиг. 30.

С увеличением нагрузки вычитаемые ампер-витки последовательной обмотки растут, а результирующие ампер-витки генератора уменьшаются. При замыкании сварочной цепи прикосновением электрода к изделию ампер-витки последовательной обмотки настолько возрастают, что в генераторе остаются лишь незначительные ампер-витки , необходимые для поддержания тока короткого замыкания в системе. Приближённо можно принять, не учитывая реакции якоря, что при коротком замыкании ампер-витки обмотки независимого возбуждения и последовательной обмотки равны по абсолютной величине и противоположны по знаку:

Следовательно, ток короткого замыкания приблизительно пропорционален току независимого возбуждения и для изменения тока короткого замыкания, а следовательно, и сварочного тока, необходимо соответственно изменять ток независимого возбуждения, что осуществляется соответствующим реостатом, или так называемым магнитным регулятором в цепи возбуждения.

Генераторы с дифференциальным возбуждением подвергались различным изменениям и усовершенствованиям. В Советском Союзе сварочные генераторы с дифференциальным возбуждением под названием СМ производились до конца 1932 г., когда наша промышленность перешла на более совершенные системы. Генераторы СМ имели усложнённую 3-обмоточную систему возбуждения. Помимо независимой и последовательной обмоток генераторы имели ещё шунтовую обмотку, присоединённую к щёткам генератора параллельно с якорем (фиг. 31). Дополнительная шунтовая обмотка введена в схему для изменения формы внешней характеристики генератора. Характеристики 3-обмоточного генератора располагаются выше характеристик 2-обмоточного и имеют более выпуклую форму. Чем меньше сопротивление регулятора в цепи шунтовой обмотки, тем больше разница в характеристиках.

Недостатками генераторов с дифференциальным возбуждением являются: 1) необходимость отдельного источника постоянного тока для питания обмотки независимого возбуждения; 2) медленность установления нового режима работы генератора при внезапных изменениях сварочной дуги, например при переходе от короткого замыкания к зажиганию дуги, т. е. недостаточно удовлетворительные динамические свойства генератора.

Рассмотрим сварочные генераторы, использующие преимущественно действие реакции якоря. Таким, например, является современный советский генератор СМГ с расщеплёнными полюсами, который изготовляется в больших количествах и является основным типом сварочного генератора, которым пользуется наша промышленность. Для понимания действия генератора СМГ полезно рассмотреть в отдельности его магнитную и электрическую схему (фиг. 32).

Генератор имеет четыре основных полюсных сердечника и два дополнительных. Основные сердечники имеют необычное чередование полярности, рядом расположены два северных, а затем два южных сердечника, поэтому несмотря на наличие четырёх сердечников генератор СМГ является двухполюсным. Два северных сердечника можно рассматривать как один большой северный полюс, у которого вырезана внутренняя часть, а два южных сердечника — как один южный полюс с удалённой средней частью. Отсюда и происходит название генератора с расщеплёнными полюсами.

Электрическая схема генератора может быть различной, для определённости примем схему, показанную на фиг. 33, обычно выполняемую в настоящее время нашей промышленностью. Генератор имеет две главные щётки, расположенные на нейтрали и одну вспомогательную, расположенную по оси полюсов.

Одна пара сердечников — северный и южный — снабжена вырезами так, что железо их находится всегда в сильно насыщенном состоянии за перегибом кривой намагничивания. Поэтому изменение магнитодвижущей силы в цепи этих сердечников лишь незначительно изменяет их магнитный поток. Эти сердечники носят название продольных или главных.

Другая пара сердечников, называемых поперечными, работает при низких насыщениях, и магнитный поток в них может изменяться в широких пределах не только по величине, но и по направлению, от плюс 100% через нуль, до минус 100%. Направление вращения якоря, расположение щёток и магнитодвижущая сила обмоток выбраны таким образом, что магнитодвижущая сила реакции якоря подмагничивает главные сердечники и размагничивает поперечные. Примерное расположение векторов магнитодвижущих сил главных и поперечных полюсов показано на фиг. 34, а. Магнитодвижущая сила полюсов мало зависит от нагрузки. Распределение составляющих магнитодвижущей силы реакции якоря при нагрузке показано на фиг. 34, б. Магнитодвижущая сила реакции якоря изменяется приблизительно пропорционально сварочному току. Переходя от магнитодвижущих сил к магнитному потоку и учитывая насыщенность главных полюсов, легко видеть, что с изменением нагрузки результирующий магнитный поток генератора мало изменяется по абсолютной величине, но ось его поворачивается в пространстве на значительный угол, почти на 90° при изменении нагрузки от 0 до максимальной. При этом изменяется и электродвижущая сила генератора пропорционально косинусу угла отклонения оси магнитного потока от оси полюсов (фиг. 35). В результате получается падающая внешняя характеристика генератора, показанная на фиг. 36.

Генератор весьма чувствителен к положению щёток на коллекторе, при смещении которых в ту или другую сторону от нейтрали на две-три коллекторных пластины можно изменить мощность генератора от минимальной до максимальной. Поэтому для регулирования мощности генераторы СМГ снабжаются устройством для

удобного перемещения щёток генератора по окружности коллектора. Изменение мощности генератора с перемещением щёток происходит вследствие изменения направления магнитодвижущей силы реакции якоря, направленной всегда по оси щёток. Смещение щёток по направлению вращения уменьшает сварочный ток, а против направления вращения увеличивает его.

Наша промышленность выпускает в настоящее время главным образом генератор типа СМГ-2 на силу тока до 250 а при ПВ 100% и до 320 а при ПВ 50% при 1450 об/мин. Электрическая схема генератора СМГ-2 подвергалась многочисленным видоизменениям, отмеченным добавкой букв в обозначении типа генератора СМГ-2а, СМГ-26, СМГ-2в н т. д. Все эти генераторы имеют одну и ту же мощность и дают ток до 250 а непрерывно и до 320 а для ПВ 50%.

Наиболее современная и удачная схема генератора СМГ-26 (фиг. 37) имеет обмотки возбуждения генератора, включённые между вспомогательной и одной из главных щеток *. При работе напряжение между главными щётками колеблется от нуля при коротком замыкании, до максимума — приблизительно 75 в — при холостом ходе. Напряжение между вспомогательной и главной щётками остаётся постоянным, практически не зависит от нагрузки и составляет приблизительно 24 в.

Постоянство напряжения между вспомогательной и главной щётками становится понятным при рассмотрении схем генератора (фиг. 32 и 33). Эти щётки снимают напряжение с проводников обмотки якоря, находящихся в данный момент под продольными или главными полюсами. Главные полюсы всегда находятся в состоянии высокого магнитного насыщения, и магнитный поток в них почти не меняется, несмотря на значительные изменения магнитодвижущей силы. Таким образом, вспомогательная щётка генератора СМГ заменяет отдельный возбудитель генератора СМ. Цепь возбуждения генератора разделяется на две параллельные ветви: в одну включены обмотки главных полюсов и часть обмотки поперечных полюсов (эта цепь не регулируется), в другую ветвь включена вторая часть (регулируемая) обмотки поперечных полюсов;

в эту ветвь включён реостат — магнитный регулятор. С увеличением тока возбуждения поперечных полюсов возрастает сварочный ток, а с уменьшением — уменьшается.

Регулирование магнитным регулятором в цепи возбуждения генератора очень удобно и достаточно точно, но диапазон этого регулирования недостаточен. Для расширения пределов регулирования в генераторе СМГ-2 использован сдвиг щёток по коллектору. Щётки могут быть поставлены в трёх определённых положениях на коллекторе, соответствующих малым, средним и большим сварочным токам,

Вращение якоря сварочного генератора осуществляется приводным двигателем. Сварочный генератор, соединённый с приводным двигателем, образует сварочный агрегат. Соединение с двигателем может быть непосредственное — вал с валом, если числа оборотов генератора и двигателя совпадают. При различных числах оборотов генератора и двигателя между их валами приходится ставить промежуточную передачу: ременную, зубчатую и т. п. Агрегаты с непосредственным соединением генератора и двигателя удобнее и обладают лучшим к. п. д. Сварочные генераторы обычно имеют нормальное число оборотов — около 1450 в минуту, что соответствует числу оборотов 4-полюсного асинхронного электродвигателя 3-фазного переменного тока, являющегося чаще всего приводным двигателем для сварочных агрегатов. Двигатель должен хорошо выносить перегрузки и поддерживать постоянное число оборотов с точностью ± 5% при изменениях нагрузки от 0 до максимума. Указанным требованиям достаточно хорошо удовлетворяют стандартные асинхронные электродвигатели переменного 3-фазного тока.

Двигатели внутреннего сгорания удовлетворяют указанным требованиям гораздо хуже, так как они плохо выносят перегрузки, поэтому приходится применять двигатели повышенной номинальной мощности, что увеличивает расход горючего агрегатами. Двигатели внутреннего сгорания имеют сильно колеблющееся число оборотов при изменениях нагрузки. Обычные регуляторы числа оборотов двигателей не удовлетворяют требованиям сварки, поэтому требуются двигатели внутреннего сгорания со специальными регуляторами повышенной точности, отвечающими требованиям сварочных агрегатов. На заводах наиболее распространены сварочные агрегаты с приводными моторами 3-фазного тока. Агрегат СМГ-2 с электродвигателем 3-фазного тока, мощностью 15 квт , 1450 об/мин., на сварочный ток до 320 а показан на фиг. 38.

В этом случае генератор и электродвигатель имеют обычно-скользящие подшипники с кольцевой смазкой, что требует точной горизонтальной установки вала генератора по уровню. Поэтому агрегаты эти рассчитаны на стационарную установку. Генератор и электродвигатель устанавливаются на общей сварной фундаментной раме, концы валов соединяются эластичной муфтой; вес агрегата 750 кг. Для уменьшения веса и размеров сварочного агрегата, а также для некоторого повышения его к. .п. д. нашей промышленностью выпускается агрегат СУГ-26 в однокорпусном исполнении, с генератором СМГ-26. Общий вид агрегата показан на фиг. 39.

Генератор и электродвигатель имеют общий корпус и общий вал, установленный на двух шариковых упорных подшипниках, не требующих строгой горизонтальной установки вала агрегата. Агрегат СУГ-26 является передвижным и снабжён тремя колёсами и дышлом для перевозки, он может быть также снят с колёс и поставлен стационарно. Размеры агрегата уменьшены, и его вес снижен до 550 кг за счёт применения общего корпуса и общего вала и понижения мощности электромотора. Портативность агрегата СУГ-26 делает его особо удобным для промышленного использова ния , и в настоящее время он является наиболее распространённым типом на наших заводах. Недочётом агрегата СУГ-26 является недостаточная мощность приводного электромотора, равная 11,6 квт , особенно заметная при существующем стремлении к повышению про-. изводительности сварки и мощности сварочной дуги. В настоящее время выпускаются однокорпусные агрегаты повышенной мощности.

Для работ в полевых условиях при отсутствии электрической силовой сети используются сварочные генераторы СМГ-2 с приводным двигателем внутреннего сгорания — бензиновым или керосиновым. Типы подобных агрегатов достаточно разнообразны; применяются ремённый привод генератора со шкива трактора, привод от двигателя автомашины, на которую установлен генератор, и т. д.

Наиболее распространённым сварочным агрегатом с двигателем внутреннего сгорания мощностью около 30 л. с. является агрегат САК (фиг. 40). Валы двигателя и генератора соединены эластичной муфтой — маховиком и установлены на общей сварной фундаментной раме. Агрегат имеет общий вес около 1100 кг и может удобно перевозиться на грузовом автомобиле. Расход горючего равен 5—6 кг/час при нормальной работе на сварке.

Иногда встречается необходимость в больших силах сварочного тока, например для питания сварочных автоматов, горячей сварки чугуна, дуговой резки металла, подводных работ и т. д. Для подобных работ наша промышленность выпускает специальные однопостовые агрегаты повышенной мощности. При отсутствии на месте более мощного сварочного агрегата можно прибегнуть к параллельному соединению на одну дугу двух или трёх агрегатов СМГ-2. Общий к. п. д. сварочного агрегата СМГ-2 с электродвигателем 3-фазного тока доходит до 0,6 при полной нагрузке. Длительный к. п. д. ввиду значительной мощности, расходуемой при холостом ходе, обычно не превышает 0,40—0,45.

Средний расход электроэнергии при ручной сварке составляет 7—8 квт-час на 1 кг наплавленного металла.

В настоящее время достигнуты значительные успехи в конструировании и производстве статических выпрямителей, преобразующих переменный ток в постоянный, и возникает вопрос о возможности замены сварочных мотор-генераторных агрегатов сварочными выпрямителями. Имеются уже опытные выпрямительные сварочные установки, дающие удовлетворительные результаты. Наиболее вероятно применение для целей сварки селеновых и газотронных выпрямителей.

В табл. 2 приведём средние сравнительные данные для ручной сварки по расходу электроэнергии при питании поста дуговой электросварки от силовой сети 3-фазного тока.

Читайте также: