Главная → Статьи

Сварочные преобразователи

Для преобразования переменного тока в постоянный служат одно- и многопостовые сварочные преобразователи. Однопостовые преобразователи (табл. 3), питающиеся от электрической сети, представляют собой машины, состоящие из электродвигателя, выключаемого в электрическую цепь, и электросварочного генератора, питающего сварочную дугу постоянным током. Обычно ротор двигателя и якорь генератора помещаются на общем валу, иногда на отдельных валах, которые соединяются муфтами. Электродвигатель и генератор помещены в общий корпус.

Схемы сварочных генераторов. Падающие внешние характеристики сварочных генераторов и ограничение тока короткого замьжания достигаются соответствующими электрическими схемами генераторов.

Наибольшее распространение получили генераторы, работающие по следующим схемам:
– с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой (ПСО-500, ПД-501);
– с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения (их называют также генераторами с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой ПС-500-П); с расщемленными полюсами.

Сварочный генератор с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой имеет две обмотки возбуждения. Одна обмотка создает поток независимого возбуждения и получает питание от постороннего источника постоянного тока. Сила тока в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом. Вторая обмотка возбуждения включена в сварочную цепь.последовательно, поэтому величина ее магнитного потока зависит от сварочного тока. Обмотка независимого возбуждения (рис. 16) подсоединена к главным щеткам а и с, напряжение между которыми не меняется с изменением нагрузки генератора, поэтому магнитный поток этой обмотки (Фь) постоянный. Размагничивающая последовательная обмотка включена в электрическую цепь таким образом, что ее магнитный поток Фс направлен против магнитного потока Ф&. Следовательно, чем больший ток проходит по сварочной цепи, тем больше магнитный поток Фс и меньше магнитный результирующий поток и напряжение на зажимах генератора. В момент короткого замыкания магнитный поток последовательной обмотки становится равным магнитному потоку обмотки независимого возбуждения, поэтому напряжение на зажимах генератора приближается к нулю. Падающая характеристика сварочного генератора получается за счет действия размагничивающей последовательной обмотки возбуждения.

Рис. 16. Схема сварочного генератора с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой

Рис. 17. Принципиальная электрическая схема сварочного генератора с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения
Г — генератор; Р — реостат; НО — обмотка независимого возбуждения; РО — размагничивающая обмотка

Отличительной особенностью генераторов с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения является использование в них принципа самовозбуждения (рис. 17). Одна из обмоток генератора питается от третьей щепки Ь. Эта обмотка включена параллельно якорю и поэтому называется обмоткой параллельного возбуждения. При сварке ток проходит через обмотку РО, магнитный поток которой ФР направлен против магнитного потока ФН обмотки независимого возбуждения. Напряжение между основными щетками а и с постоянно по величине, поэтому магнитный поток ФН практически не меняется. При увеличении тока в сварочной цепи возрастает размагничивающее действие последовательной обмотки РО и напряжение генератора уменьшается, так как ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря, зависит от результирующего магнитного потока генератора. При коротком замыкании магнитные потоки ФР и ФН равны, и напряжение на зажимах генератора близко к нулю. Падающая внешняя характеристика обеспечивается за счет размагничивающего действия обмотки РО. Сварочный ток у таких генераторов можно регулировать реостатом в цепи возбуждения и переключением витков обмотки возбуждения. Генератор с самовозбуждением практически работает как генератор с независимым возбуждением.

Генератор с расщепленными полюсами имеет два северных и два южных полюса. Причем одноименные полюса в нем размещены рядом. Этим он отличается от обычных генераторов, у которых северные и южные полюса чередуются между собой. Расположенные рядом одноименные полюса можно рассматривать как один полюс, расщепленный на части. Одна пара полюсов называется главной, другая — поперечной. Главные полюса имеют небольшое сечение, поэтому сердечники сильно насыщены магнитным потоком. Поперечные полюса, наоборот, имеют большое сечение и не насыщены. Магнитный поток, создаваемый одной половиной проводников якоря, направлен по линии главных полюсов и подмагничивает их. Однако вследствие сильного насыщения магнитной цепи реакция якоря оказывает незначительное влияние на величину главного потока. Поэтому ЭДС, индуктируемая в группе проводников между щетками а и с (рис. 18), изменяется незначительно. Магнитный поток второй половины проводников якоря направлен навстречу потоку поперечных полюсов и размагничивает их. При определенном значении тока якоря поперечный поток может быть не только равен нулю, но даже может изменить свое направление на обратное. Следовательно, ЭДС между щетками с и b не будет постоянной по величине и направлению. Сварочный ток в генераторах с расщепленными полюсами регулируется изменением токов возбуждения обмоток главных и поперечных полюсов или изменением числа витков этих обмоток.

Рис. 18. Принципиальная схема генератора с расщепленными полюсами
1,2 — намагничивающие обмотки соответственно главных, и поперечных полюсов; 3— генератор

Многопостовые сварочные преобразователи. Эти преобразователи предназначены для одновременного питания постоянным током нескольких сварочных постов. Преимущества и-х перед однопостовыми заключаются в меньших расходах на ремонт и обслуживание (из расчета на единицу полезной мощности), в меньших производственных площадях и более надежной эксплуатации. Многопостовой генератор представляет собой машину постоянного тока смешанного возбуждения. Чтобы не сказывалось влияние работы одного поста на работу другого, напряжение на зажимах многопостового генератора не должно меняться с переменой нагрузки, т. е. внешняя характеристика должна быть жесткой. Падающая характеристика на сварочном 1досту создается включением последовательно в сварочные цепи балластных реостатов. Силу тока поста регулируют изменением сопротивления реостата.

В настоящее время выпускаются многопостовые сварочные преобразователи типа ПСМ-1000, предназначенные для одновременного питания девяти сварочных постов с максимальным током одного поста 200А или шести постов с током 300А. Преобразователь снабжается шестью балластными реостатами РБ-300. При параллельном включении балластных реостатов ток сварочного поста может быть существенно увеличен.

Универсальные сварочные преобразователи. Такие преобразователи обеспечивают получение падающих и жестких внешних характеристик. Преобразователь типа ПСУ-500 снабжен четырехполюсным сварочным генератором с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой, которая дает возможность получить крутопадающие внешние характеристики генератора. При отключенной последовательной обмогке возбуждения генератор имеет жесткие внешние характеристики.

Параллельно соединяются генераторы (рис. 19) только одного типа и с одинаковыми внешними характеристиками. Они должны иметь равные напряжения холостого хода и сварочный ток и соединяться одноименными зажимами, После включения генераторов на параллельную работу необходимо установить одинаковую нагрузку у обеих машин. При параллельной работе двух генераторов с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками, а также генераторов с расщепленными полюсами используют перекрестное питание их цепей возбуждения. Генераторы, у которых последовательная и параллельная обмотки возбуждения действуют согласованно, клеммы на щитках генераторов должны быть соединены между собой уравнительным проводом. Без этого параллельная работа может стать неустойчивой в связи с возможным нарушением распределения‘нагрузЛи между генераторами.

Рис. 19. Схемы включения сварочных генераторов на параллельную работу
а — одпопостовых с независимым возбуждением и последовательной размагни чивающей обмоткой; б — однопостовых с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками; НО — намагничивающая обмотка; ПР — последовательная размагничивающая обмотка; Р — реостат; ГР— групповой рубильник; V — вольтметр; А — амперметр; iH1 и £н2 — токи нагрузки отдельных генераторов; £нп— ток нагрузки при параллельном включении; U — напряжение холостого хода при параллельном включении

Эксплуатация сварочных преобразователей. От правильного ухода за сварочными преобразователями во многом зависит надежность и долговечность их работы (табл. 4). Во время обслуживания сварочного генератора в первую очередь нужно следить за коллектором, щетками, щеткодержателями и подшипниками. При нормальном состоянии у коллектора нет следов нагара. С коллектора необходимо систематически удалять пыль чистой тряпкой, смоченной в бензине. Щетки следует регулярно осматривать и изношенные своевременно заменять. Шум шарикоподшипников должен быть глухим, ровным, без щелчков и резких звуков. Преобразователи, установленные на монтажных площадках, необходимо защищать от дождя и снега. Однако при этом нельзя нарушать нормальное охлаждение машины — входные и выходные отверстия для прохода воздуха закрывать нельзя. Это приведет к перегреву обмоток.

Сварочные выпрямители. С помощью полупроводниковых элементов сварочные выпрямители (табл. 5) преобразуют переменный ток в постоянный. Выпрямитель состоит. из понижающего трансформатора, выпрямительного блока и дросселя, включенного в цепь постоянного тока (рис. 20). Выпрямители по сравнению со сварочными преобразователями имеют ряд существенных преимуществ: в них отсутствует стадия превращения электрической энергии в механическую, а затем снова в электрическую, что обеспечивает более высокий КПД; нет больших вращающихся масе, подшипников, коллектора, что дает возможность выпрямителю практически работать бесшумно и упрощает его эксплуатацию. Мощность холостого хода, как правило, меньше, чем у преобразователя.

Преимущества выпрямителей позволяют им в ближайшее время стать в сварочном производстве основными преобразователями переменного тока в постоянный. Однако полностью отказаться от преобразователей пока нельзя. Выпрямители по сравнению с преобразователями чувствительны к колебаниям напряжения питающей сети и климатическим условиям.

В сварочных выпрямителях применяют селеновые и кремниевые полупроводниковые элементы. Селеновые элементы благодаря большей перегрузочной способности и дешевизне используются больше, несмотря на меньший КПД, чем у кремниевых.

В сварочных выпрямителях получили распространение мостовые схемы выпрямления — однофазная двух-полупериодная и трехфазная. Чаще применяется трехфазная схема, которая дает более устойчивое горение сварочной дуги, более равномерную загрузку всех трех фаз силовой сети и при этом полнее используется трансформатор сварочного выпрямителя.

В трехфазной мостовой схеме выпрямления вентили подключены к шести плечам моста. В каждый данный момент ток проводят только два плеча, соединенные через нагрузку последовательно. В трехфазной схеме выпрямляются обе полуволны переменного напряжения во всех трех фазах, что значительно уменьшает пульсацию Еыпрямленного напряжения.

Сварочные выпрямители с падающей внешней характеристикой (ВСС, ВКС, ВД-101, ВД-301) применяются для ручной и автоматической сварки под флюсом и для дуговой сварки в аргоне. Малоамперная дуга при сварке в аргоне имеет падающую вольт-амперную характеристику. Для питания малоамперной дуги создаются выпрямители по двум схемам. В первом случае до силового выпрямительного блока в схему включен дроссель насыщения, во втором — в сварочную цепь входит полупроводниковый триод (транзистор).

Но второй схеме изготавливаются транзисторные источники питания типа АП, в которые входят трехфазные понижающие трансформатор и дроссель насыщения и выпрямительный блок, собранный по трехфазной схеме. В цепь дуги включен полупроводниковый регулятор сварочного тока, собранный из десяти параллельно соединенных германиевых триодов. Падающая характеристика получается за счет дросселя насыщения.

Изготавливаются также сварочные выпрямители с жесткими и пологопадающими внешними характеристиками (ВС, ВСК, ИПП), предназначенные для дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах, под флюсом и открытой дугой. Некоторые из них применяются также для автоматической сварки вольфрамовым электродом.

Кроме выпрямителей с одним видом внешней характеристики выпускаются универсальные выпрямители типа ВДУ, которые позволяют получать падающие внешние характеристики (ручная дуговая сварка покрытыми электродами и сварка под флюсом) и жесткие (механизированная сварка в защитных газах плавящимся электродом).

Промышленностью выпускаются также многопостовые сварочные выпрямители типа ВКСМ, имеющие жесткую внешнюю характеристику. Падающая характеристика и регулирование сварочного тока обеспечиваются балластными реостатами. В качестве выпрямляющего устройства применяют блок с кремниевыми элементами. Выпрямители типа ВКСМ-1000 используются для одновременного питания до 6 сварочных постов, ВКСМ-1600 —до 9, а ВКСМ-3000 — до 18 постов ручной дуговой сварки. Выпрямитель ВКСМ-3000 можно включать на 18 или 9 сварочных постов.

Pис. 20. Схема сварочного выпрямителя с пологопадающей внешней характеристикой
1 — трехфазный трансформатор; 2 — дроссель; 3 — выпрямитель

Рис. 21. Схема работы двух сварочных выпрямителей, соединенных параллельно

На рис. 21 показана схема работы сварочных выпрямителей, соединенных параллельно.

Эксплуатация сварочных выпрямителей. При получении нового выпрямителя мегомметром следует проверить сопротивление изоляции. На первичном контуре оно должно быть не ниже 1МОм, на вторичном не меньше 0,5 МОм. В случае снижения сопротивления изоляции выпрямитель необходимо просушить (внешним нагревом, обдувая теплым воздухом). Температура обмоток при сушке не должна превышать 100°С. Выпрямитель, не эксплуатировавшийся больше 1 года, следует перед работой включить на 20 мин на напряжение, равное половине номинального, а затем на 4 ч на номинальное переменное напряжение без нагрузки. Это необходимо делать для подформовки полупроводниковых элементов. В процессе эксплуатации периодически осматривают выпрямитель, чтобы устранить мелкие нарушения, которые могут привести к аварии; очень внимательно следят за работой вентилятора, так как его неисправность приведет к перегреву полупроводниковых элементов и выходу из строя выпрямителя. Один раз в 3 месяца необходимо тщательно очищать полупроводниковые элементы от пыли и грязи с помощью сжатого воздуха.

В процессе эксплуатации выпрямителей могут встретиться следующие неисправности. Выпрямитель дает пониженное напряжение холостого хода и почти вдвое меньший сварочный ток. Это может произойти из-за сгорания одного из предохранителей в первичной цени выпрямления, плохого поджатая контактов магнитного пускателя, недостаточного завинчивания гаек доски переключений. После устранения указанных причин выпрямитель будет работать нормально.

Выпрямитель не дает напряжения, что происходит в результате засасывания охлаждающего воздуха не со стороны жалюзи, заедания в реле контроля вентиляции или прекращения работы вентилятора. Для правильной работы выпрямителя ликвидируют приведенные нарушения.

Неисправности у трансформатора выпрямительной установки и способы их устранения аналогичны ТёМ, которые встречаются у сварочных трансформаторов.

Ваш отзыв