Все о сварке

Что такое динамические свойства сварочных источников питания


Лабораторная работа №3

Тема: Изучение источников питания сварочной дуги

3.1. Цель: Получить представление об источниках питания электрической сварочной дуги, их классификации, принципах действия, устройстве и технических характеристиках.

3.2. Задание:

3.2.1. Снять внешнюю характеристику источника питания.

3.2.2. Определить коэффициент добротности (D) источника питания дуги.

2.2.3. Выполнить регулировку сварочного тока на источнике питания для сварки электродом заданной марки и диаметра.

3.3. Исходная информация:

3.3.1. Источники питания сварочной дуги классифицируют по следующим признакам:

▪ по количеству обслуживаемых сварочных постов – однопостовые и многопостовые;

▪ по условиям применения – стационарные и передвижные;

▪ по ряду тока – источники постоянного и переменного тока;

▪ по виду внешней характеристики источника питания (ВнХИП) – источники с крутопадающей, полого падающей, жёсткой и возрастающей характеристиками;

▪ по компоновке – однокорпусные и двухкорпусные.

3.3.2. Требования к источникам питания дуги:

1) Источник питания должен обеспечивать лёгкое, надёжное возбуждение и устойчивое горение дуги, а также регулирование сварочного тока (Iсв, А) и напряжения (Uд, В) на дуге, определяющих мощность дуги. Для возбуждения дуги требуется напряжение холостого хода источника питания в 2 – 3 раза больше напряжения стабильного горения дуги. По условиям безопасности напряжение холостого хода не может быть больше: для источника переменного тока – 80 В, источника постоянного тока – 90 В.

2) Время восстановления напряжения от короткого замыкания до напряжения зажигания дуги должно быть не более 0,02 – 0,04 с. Техническая пригодность данного источника для питания сварочной дуги оценивается динамической характеристикой дуги – зависимостью между мгновенными значениями Iсв и Uд.

3) Источник питания должен выдерживать продолжительное короткое замыкание в сварочной цепи. Степень ограничения тока короткого замыкания (Iк.з, А) характеризуется коэффициентом добротности , например, для источников с крутопадающей характеристикойD=1,1 … 1,5.

4) Форма ВнХИП должна соответствовать заданной форме определённого участка статической вольтамперной характеристики дуги при данном способе сварки.

5) Источники питания должны обладать хорошими технико-экономическими показателями, к которым относятся: к.п.д., коэффициент мощности (cosφ), габаритные размеры, масса, стоимость, надёжность и ряд других.

3.3.3. Источники питания переменного тока представляют собой понижающие однофазные трансформаторы, у которых во вторичной цепи имеется регулируемое индуктивное сопротивление, позволяющее создавать крутопадающую ВнХИП, регулировать сварочный ток и ограничивать ток короткого замыкания. Индуктивное сопротивление также позволяет сдвинуть синусоиду напряжения на угол φ по отношению к синусоиде тока. Недостатки трансформаторов первых поколений – малая устойчивость горения дуги и невозможность управления полярностью. В последние годы разработаны тиристорные трансформаторы, в которых первый недостаток устранён.

Промышленностью выпускаются сварочные трансформаторы двух принципиальных электромагнитных схем:

▪ трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием;

▪ трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием.

К первой схеме относятся: однокорпусные трансформаторы с реактивной обмоткой (отдельной или магнитно-связанной на общем магнитопроводе). Ко второй – однокорпусные трансформаторы: с подвижными обмотками, с подвижным шунтом, с подмагничиванием неподвижного шунта постоянным током, трансформаторы с тиристорным управлением.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в настоящее время промышленностью не выпускаются, но для понимания физической сущности их работы и логики дальнейшего развития трансформаторов приведём их краткую характеристику. Такой источник питания (рис. 3.1) состоит из первичной обмотки 1, вторичной обмотки 2, магнитопровода 3, реактивной обмотки 4 и подвижного пакета магнитопровода 5. Крутопадающая ВнХИП создаётся за счёт падения напряжения на индуктивном сопротивлении реактивной обмотки, то есть за счёт того, что э. д. с. реактивной обмотки направлена против основной э. д. с.

Рис. 3.1. Электромагнитная схема сварочного трансформатора с нормальным магнитным рассеянием:

Фр – магнитный поток реактивной обмотки; Фт – основной магнитный поток трансформатора; а – воздушный зазор магнитопровода реактивной обмотки

Напряжение на дуге и сварочный ток при нагрузке характеризуются следующими зависимостями

и

,

(3.1)

где Uх.х– напряжение холостого хода трансформатора, В;

Xр– индуктивное сопротивление реактивной обмотки, Ом.

Плавное регулирование сварочного тока производится путём изменения воздушного зазора а в магнитопроводе реактивной катушки; ступенчатое регулирование – за счёт изменения числа ампер-витков трансформатора. При увеличении воздушного зазора а индуктивное сопротивление реактивной обмотки уменьшается, а сварочный ток увеличивается и наоборот.

В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеянием индуктивное сопротивление в сварочной цепи обеспечивается за счёт увеличения потоков рассеяния, достигаемого путём разнесения вдоль магнитопровода на большое расстояние первичной и вторичной обмоток, а также за счёт ответвления части магнитных потоков по шунту (пакету из трансформаторного железа).

Общий принцип работы трансформаторов с подвижными обмотками, с подвижным магнитным шунтом и с подмагничиванием неподвижного шунта одинаков: крутопадающая ВнХИП создается за счёт падения напряжения на индуктивном сопротивлении потоков рассеяния. Плавное регулирование тока осуществляется путём изменения индуктивного сопротивления плавным перемещением подвижной обмотки или магнитного шунта. Ступенчатое регулирование – путём переключения обмоток трансформатора.

Рисунок 2.2 – Электромагнитная схема трансформатора с увеличенным магниитным рассеянием.

Крутопадающая ВнХИП тиристорных трансформаторов является их естественной характеристикой при фиксированных потоках рассеяния. Рабочие характеристики трансформатора – полого падающие. Они формируются системой фазного управления.

Рассмотрим режим работы трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием на примере трансформаторов типа ТД (рис. 3.2) с подвижной вторичной обмоткой.

Рисунок 2.15 – Электромагнитная схема трансформатора с увеличенным магниитным рассеянием.

Рис. 3.2. Электромагнитная схема трансформатора с увеличенным магнитным рассеянием:

а) схема электрическая принципиальная; б) схема регулирования ВнХИП

Потоки рассеяния индуктируют в первичной (I) и вторичной (II) обмотках трансформатора э. д. с. рассеяния, направленную против основной э. д. с., то есть носят реактивный характер, уменьшая напряжение в этих обмотках.

Падение напряжения в первичной обмотке компенсируется из сети. Во вторичной обмотке влияние э. д. с. рассеяния ничем не компенсируется и используется для создания крутопадающей внешней характеристики.

При сближении обмоток магнитные потоки рассеяния ФР2 гасятся встречными потоками ФР1, то есть уменьшается индуктивное сопротивление и увеличивается Iсв. При нагрузке Uд и Iсв имеют следующие аналитические зависимости:

и

.

(3.2)

Рис. 3.3. Упрощенная электрическая схема тиристорного сварочного трансформатора (а) и схема импульсной стабилизации дуги (б)

Тиристорные сварочные трансформаторы с фиксированным повышенным магнитным рассеянием и естественной крутопадающей внешней характеристикой предназначены для автоматической сварки под флюсом (Iсв=1000 – 2000 А), для ручной сварки (марки ТДЭ-402), а также для наплавки и резки металлов. Упрощенная электрическая схема этих трансформаторов показана на рис. 3.3, а.

Силовой трансформатор состоит из магнитопровода, разнесённых первичной 1 и вторичной 2 обмоток, и дополнительной реактивной обмотки 3 для ступенчатого регулирования сварочного тока. Между секциями вторичной обмотки вставлены секции импульсной обмотки 4. Основным узлом трансформатора является тиристорный фазорегулятор (ФР), снабжённый системой импульсно-фазового управления (СФУ), которая в совокупности с другими элементами обеспечивает регулирование и стабилизацию рабочего напряжения, а также импульсную стабилизацию дуги. Импульсная стабилизация дуги (см. рис. 3.3, б) осуществляется в момент включения любого из транзисторов (V1 и V2), определяемый углом α. При этом конденсатор С разряжается до текущего значения сетевого напряжения. Зарядный ток конденсатора С проходит по дополнительной обмотке 4, трансформируется во вторичную (сварочную) цепь и вызывает в дуговом промежутке импульс напряжения, достаточного для возбуждения дуги. Отпирающие импульсы V1 и V2 поступают на вход системы СФУ с элемента сравнения как разность сигналов с блока задания регулируемой величины напряжения.

Достоинствами тиристорных трансформаторов являются:

▪ простота и надёжность силового трансформатора;

▪ отсутствие подвижных частей и стальных шунтов;

▪ меньшая масса;

▪ устойчивое горение дуги;

▪ лучшее регулирование и стабилизация режимов сварки.

3.3.4. Источники питания постоянного тока включают:

▪ вращающиеся преобразователи (сварочные генераторы);

▪ выпрямители (универсальные, одно- и многопостовые).

И те, и другие позволяют выполнять сварку на любой полярности и обеспечивают устойчивость горения дуги на малых токах.

Сварочные генераторы применяют как для ручной, так и для механизированной и автоматической сварки. Их принципиальные электрические схемы показаны на рис. 3.4. Наиболее простой из этих схем обладают генераторы с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения, позволяющей получить крутопадающую ВнХИП (рис. 3.4, а).

Рис. 3.4. Принципиальные электрические схемы генераторов с независимым возбуждением (а), с самовозбуждением (б) и жёсткой ВнХИП (в)

В режиме нагрузки напряжение на генераторе и на дуге определяется по формуле:

,

(3.3)

где С– постоянная генератора;

–сумма магнитных сопротивлений на пути потоков, создаваемых независимой и размагничивающей обмотками, Ом;

iн– сила тока возбуждения в цепи независимой обмотки;

Wни Wр– число витков намагничивающей и размагничивающей обмоток возбуждения.

Регулирование Iсв производится двумя способами:

▪ плавное – изменением силы тока iн с помощью реостата R;

▪ ступенчатое – изменением числа витков последовательной размагничивающей обмотки возбуждения Wр.

Сварочные генераторы с крутопадающей ВнХИП и с самовозбуждением (рис. 3.4, б) также имеют две обмотки возбуждения – намагничивающую параллельную и размагничивающую последовательную.

Сварочные генераторы с жёсткой ВнХИП применяются для сварки в защитных газах и порошковой проволокой. Принципиальная электрическая схема генератора с двумя обмотками самовозбуждения и разнонасыщенной магнитной системой показана на рис. 3.4, в. Для регулирования напряжения генератора в цепь обмотки Н1 (ненасыщенная магнитная система) включен реостат R. Если реостат R полностью введён, напряжение холостого хода обеспечивается обмоткой Н2 (насыщенная магнитная система), а магнитодвижущая сила обмотки Н1 ограничена большим сопротивлением реостата. Сопротивление RП в цепи обмотки Н2 выполняет роль подстроечного сопротивления. По мере уменьшения сопротивления в обмотке Н1 (реостат выводится), напряжение генератора от насыщенной пары полюсов увеличивается, принимая значение:

.

(3.4)

Напряжение генератора UГ всегда остаётся постоянным, так как оба магнитных потока ФН1 и ФН2 не зависят от сварочного тока, а реакция якоря практически не влияет на напряжение. ВнХИП генератора будет иметь минимальное напряжении при полностью введённом сопротивлении реостата R, и максимальное напряжение – при выведенном сопротивлении реостата R.

Сварочные выпрямители представляют собой преобразователи энергии трёхфазной сети переменного тока в энергию выпрямленного тока для сварки. Сварочный выпрямитель состоит из трёхфазного сварочного трансформатора и силового выпрямительного блока с системой управления и защиты. Основой силового выпрямительного блока являются полупроводниковые приборы (диоды, тиристоры, транзисторы и др.) – электрические устройства, выполненные из полупроводниковых материалов (кремния, селена или германия), обладающих вентильными свойствами и способные выполнять функции управления. В сварочных выпрямителях используются три схемы выпрямления: трёхфазная мостовая, шестифазная с уравнительным дросселем и шестифазная кольцевая.

Применяется несколько видов сварочных выпрямителей:

▪ однопостовые с крутопадающей ВнХИП для ручной сварки и механизированной сварки под флюсом;

▪ однопостовые с жёсткой (или пологопадающей) ВнХИП для сварки в защитных газах, порошковой проволокой и под флюсом;

▪ однопостовые универсальные тиристорные с крутопадающей и жёсткой ВнХИП для ручной и механизированной сварки;

▪ многопостовые с реостатной регулировкой режима на постах для ручной и механизированной сварки в углекислом газе;

▪ многопостовые универсальные тиристорные с безреостатным регулированием режима сварки на постах;

▪ специализированные сварочные выпрямители для импульсной сварки, сварки сжатой дугой неплавящимися электродами и др.

По сравнению со сварочными генераторами сварочные выпрямители обладают следующими достоинствами:

▫ лучшие динамические свойства;

▫ устойчивость дуги на малых токах;

▫ меньшее разбрызгивание металла;

▫ малое энергопотребление при холостом ходе;

▫ несколько больший коэффициент полезного действия;

▫ меньшие габариты и масса;

▫ простота конструкции и технического обслуживания.

Недостатком выпрямителей является чувствительность к циклическим тепловым перегрузкам, что требует применения системы воздушного охлаждения. У многопостовых выпрямителей имеют место большие потери электроэнергии в балластных реостатах.

Упрощенная схема выпрямителей с крутопадающей ВнХИП показана на рис. 3.5, а.

Рис. 3.5. Упрощенные схемы выпрямителей типа ВД (а) и ВС (б):

I– понижающий трёхфазный трансформатор (ТС); II – устройство для регулирования внешней характеристики; III – блок полупроводниковых выпрямителей (вентили V1 – V6); L – стабилизирующий линейный дроссель

Выпрямители типа ВД выполнены по наиболее распространённой трёхфазной мостовой схеме выпрямления тока на кремниевых диодах. Трёхфазный трансформатор ТС с увеличенным магнитным рассеянием и с подвижными обмотками соединён с выпрямительным мостом V, который содержит две группы вентилей: катодную (нечётную) – вентили V1, V3 и V5, у которой все катоды электрически соединены и образуют положительный полюс выпрямителя и анодную (чётную) – вентили V2, V4, V6, у которых все аноды также электрически соединены и образуют отрицательный полюс выпрямителя. Регулирование тока ступенчато-плавное: при соединении обмоток трансформатора звездой получают малые токи, треугольником – большие токи. Плавная регулировка достигается изменением расстояния между обмотками.

Выпрямители типа ВД (рис. 3.5, а) выпускаются также по трёхфазной мостовой схеме, но с трансформатором с нормальным магнитным рассеянием. Они снабжены дросселями насыщения, создающими крутопадающую внешнюю характеристику и обеспечивающими плавную регулировку сварочного тока.

Выпрямители типа ВС (рис. 3.5, б) выполнены по трёхфазной мостовой схеме на селеновых диодах. Они имеют трёхфазный трансформатор ТС с нормальным магнитным рассеянием и стабилизирующий линейный дроссель L. Пологопадающая ВнХИП выпрямителя является его естественной характеристикой. Регулирование выходного напряжения осуществляется за счёт переключения числа витков первичной обмотки трансформатора.

К недостаткам выпрямителей типа ВС относятся следующие:

▫ отсутствует стабилизирующее напряжение;

▫ регулировка напряжения возможна только при холостом ходе;

▫ не предусмотрена защита от перегрузок.

Кроме выпрямителей, упрощенные схемы которых показаны на рис. 3.5, выпускаются сварочные выпрямители типа ВДГ с управлением от дросселя насыщения или с тиристорным управлением. Функциональные схемы этих выпрямителей показаны на рис. 3.6.

Рисунок 2.6 – Функциональные блок-схемы сварочных выпрямителей типа ВДГ:

а – с дросселем насыщения: ТС – силовой трансформатор; СН – стабилизатор напряжения; ДН – дроссель насыщения; V7 и V8 – выпрямительные блоки; V – выпрямительный мост; L – стабилизирующий дроссель.

б – с тиристорным управлением (б): ТВ – вспомогательный трансформатор; БФУ – блок фазового управления; V – тиристорный блок; L – линейный дроссель.

Рис.3.6. Функциональные блок-схемы сварочных выпрямителей типа ВДГ:

а – с дросселем насыщения: ТС – силовой трансформатор; СН – стабилизатор напряжения; ДН – дроссель насыщения; V7 и V8 – выпрямительные блоки; V – выпрямительный мост; L – стабилизирующий дроссель.

б – с тиристорным управлением (б): ТВ – вспомогательный трансформатор; БФУ – блок фазового управления; V – тиристорный блок; L – линейный дроссель

В условиях концентрации сварочных работ в цехах целесообразно переходить к централизованным многопостовым сварочным системам, то есть к совокупности источников питания, сварочных постов и электрических сетей, соединяющих отдельные посты.

Система может состоять и из одного многопостового источника, используемого автономно с питанием постов через шинопровод (рис. 3.7). Такая схема имеет следующие достоинства:

▫ обеспечивает увеличение коэффициента использования и коэффициента мощности (cosφ) сварочного оборудования;

▫ обеспечивает экономию производственных площадей;

▫ уменьшаются затраты на приобретение оборудования, его ремонт и техническое обслуживание.

Рис. 3.7. Принципиальная схема подключений трёхфазного многопостового

сварочного выпрямителя:

I – понижающий трёхфазный трансформатор; II – блок полупроводниковых выпрямителей (вентилей)

При использовании многопостовых выпрямителей сварочные посты оснащаются балластными реостатами (РБ) для создания крутопадающей ВнХИП и ступенчатого регулирования Iсв.

Уравнение характеристики на посту имеет вид:

,

(3.5)

где Uх.х – напряжение на шинопроводе, В;

RБ – сопротивление балластного реостата, Ом;

IсвRБ – падение напряжения на реостате, В.

Количество постов n многопостовой системы, обслуживаемой одним источником питания, определяется формулой:

,

(3.6)

где Ри– мощность источника питания, А,∙Вт;

Рп– мощность, используемая постомРп=IсвUд, А∙Вт;

K– коэффициент одновременности работы постов: для ручной сваркиK=0,5…0,6, для механизированнойK=0,7…0,9.

3.3.4. Инверторные источники питания в настоящее время получили большую популярность. Функциональная схема инверторного источника сварочного тока показана на рис. 3.8.

Напряжение сети промышленной частоты (в примере – трёхфазной, 380 В) преобразуется входным выпрямителем в постоянное порядка 500 В. Это напряжение, в свою очередь, преобразуется с помощью инвертора в переменное повышенной частоты (до нескольких десятков кГц), которое затем поступает на понижающий высокочастотный трансформатор. Вторичная обмотка трансформатора нагружена на диодный выпрямитель, к выходу которого через сглаживающий дроссель подключены электрод и изделие.

Рис. 3.8. Функциональная схема инверторного источника сварочного тока:

1 – (сетевой) выпрямитель; 2 – инвертор; 3 – трансформатор; 4 – выходной выпрямитель; 5 – дроссель

Питание трансформатора напряжением высокой частоты позволяет существенно снизить расход материалов, идущих на его изготовление. Так, при частоте питающего напряжения 10 кГц по сравнению с частотой 50 Гц масса трансформатора и его габаритные размеры уменьшаются примерно в 3 раза. А при частоте 50 кГц – уже в 15 – 17 раз. Например, расчётная масса трансформатора мощностью 20 кВ·А при питании напряжением частотой 50 Гц составляет 120 кг, а при 50 кГц – 7 кг. Такое уменьшение массы активных материалов способствует значительному снижению (в 25 раз) потерь мощности, а значит, росту КПД.

3.4. Методические рекомендации и последовательность выполнения работы.

3.4.1. Перед началом выполнения работы целесообразно разделить учебную группу на две бригады по 5 – 7 человек. Одна бригада будет выполнять работу с использованием сварочного поста переменного тока, а вторая – постоянного тока.

3.4.2. К выполнению лабораторной работы допускаются только студенты, прослушавшие ранее инструктаж по технике безопасности и о правилах поведения в лаборатории сварки и расписавшиеся в журнале инструктажа.

3.4.3. В производстве опытов участвуют все члены бригады: один выполняет работы в сварочной кабине, второй переключает рычаги балластного реостата, двое ведут записи результатов и наблюдение за током и напряжением по приборам и т. д. Распределение функций в бригаде студенты выполняют самостоятельно или под руководством преподавателя.

3.4.4. Все студенты бригады должны ознакомиться с исходной информацией (см. п. 3.3), электрической схемой и технической характеристикой источника питания дуги (по паспорту), по форме табл. 3.1 подготовить форму-бланк для записи результатов опытов.

Таблица 3.1

studfiles.net

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

Качественного сварного шва невозможно добиться без обеспечения стабильного горения сварочной дуги, т. е. без устойчивого протекания сварочного процесса. В значитель­ной степени это зависит от источника питания дуги, которая загорается при коротком замыкании — в момент контакта электрода с изделием. Это сопровождается выделением теп­лоты и быстрым повышением температуры в зоне контакта.

Для начала сварочного процесса требуется повышенное напряжение сварочного тока, но потом в результате эмиссии электронов с катода и развития объемной ионизации газов в сварочной дуге наблюдаются снижение сопротивления ду­гового промежутка и, как следствие, падение напряжения до того минимума, который необходим для устойчивого горе­ния сварочной дуги.

Сварочная цепь переживает многократные и частые короткие замыкания, которыми сопровождается переход капель металла электрода в сварочную ванну. И в каждый такой момент напряжение достигает нулевой отметки. Одно­временно с этим колеблется длина сварочной дуги. Чтобы она восстановилась, надо, чтобы напряжение поднялось до рабо­чего, т. е. до 25-30 В, причем в минимальный промежуток времени, иначе поддерживать горение сварочной дуги будет невозможно. Кроме того, надо иметь в виду, что при коротких замыканиях возникают большие токи, которые могут приве­сти к перегреву проводки и обмотки источников тока. Таковы в общих чертах сварочный процесс и явления, которые ему сопутствуют.

Итак, электрическая сварочная дуга, по сравнению с дру­гими потребителями электроэнергии, имеет ряд отличитель­ных черт:

— необходимость более высокого напряжения для воз­буждения сварочной дуги по сравнению с тем, которое требу­ется для ее поддержания;

— наличие в процессе горения сварочной дуги особого состоянии электрической цепи, которая претерпевает раз­рыв или короткое замыкание;

— колебания напряжения сварочной дуги и, соответствен­но, силы сварочного тока в связи с изменением длины дуги;

— падение напряжения между электродом и сваривае­мым изделиями до нуля при коротком замыкании, в момент которого происходит возбуждение сварочной дуги.

Специфическими особенностями сварочной дуги при руч­ной дуговой сварке (при других видах дуговой сварки они мо­гут быть иными) обусловлены те требования, которые предъ­являются к источникам питания, в частности:

— для возбуждения сварочной дуги нужно, чтобы напря­жение холостого хода превосходило напряжение сварочной дуги в 2-3 раза (максимум напряжения холостого хода должен быть не более 80 и 90 В для источников питания постоянного и переменного тока соответственно), но при этом оставалось безопасным для сварщика (разумеется, при соблюдении им техники безопасности);

— изменение напряжения устойчивого горения дуги (рабочее напряжение), наблюдающееся при изменении ее длины (при увеличении последней напряжение должно воз­растать, а при уменьшении — быстро снижаться), не долж­но приводить к большим изменениям силы сварочного тока и связанного с этим теплового режима сварки;

— в момент короткого замыкания сила тока должна быть ограничена определенным пределом, предотвращающим возгорание проводов. Достаточно, чтобы ток короткого за­мыкания превышал сварочный примерно в 1,1-1,5 раза, т. е. не более чем на 40-50%. Источник тока должен быть рассчи­тан и выдерживать длительные короткие замыкания, иначе он не сможет защищать обмотку от перегрева и разрушения;

— промежуток, в течение которого напряжение после короткого замыкания восстанавливается, не должен быть длительным. Необходимо, чтобы после каждого короткого за­мыкания, т. е. при переносе капель расплавленного металла электрода на свариваемое изделие, на подъем напряжения от нуля до рабочего (25 В) затрачивалось не более 0,05 се­кунды, более длительный промежуток негативно сказывается на устойчивости сварочной дуги;

— источник тока должен быть мощным, чтобы обеспечи­вать выполнение сварочных работ и иметь соответствующую внешнюю характеристику;

— источник питания дуги должен быть оснащен устрой­ством, регулирующим сварочный ток (предел регулирования должен составлять приблизительно 30-130% от номиналь­ного сварочного тока), тем более что это требуется для осу­ществления сварки электродами различного диаметра.

Источники питания отличаются своими свойствами, для описания которых введены следующие параметры:

1. Внешняя статическая характеристика. Это зависи­мость между напряжением на выходных зажимах источника питания и величиной сварочного тока. Различаются несколь­ко типов внешних вольт-амперных характеристик источников питания (рис. 17), в частности:

— крутопадающая;

— пологопадающая;

— жесткая;

— возрастающая.

Каждому способу сварки должен соответствовать тип внешней характеристики. Для ручной дуговой сварки подхо­дят источники с крутопадающей внешней характеристикой, поскольку у них при коротком замыкании напряжение пада­ет до нуля, благодаря чему сила тока короткого замыкания не растет. Но при возбуждении сварочной дуги, когда ток

Рис. 17. Типы внешних вольт-амперных характеристик: 1 —

крутопадающая; 2 — пологопадающая; 3 — жесткая; 4 — возрастающая

минимален, мгновенно возникает повышенное напряжение. Источники питания с такой внешней характеристикой позво­ляет удлинять дугу, не опасаясь при этом, что она быстро обо­рвется, и сокращать ее без риска значительного увеличения тока.

Оставшиеся типы внешней характеристики источников питания (пологопадающая, жесткая и возрастающая) позво­ляют обеспечить существенное изменение величины свароч­ного тока при изменении длины дуги, что приводит к быстрому возрастанию или снижению скорости плавления электродной проволоки.

Источники питания с пологопадающей вольт-амперной характеристикой предназначаются для автоматической и по­луавтоматической сварки под флюсом, а с жесткой и возрас­тающей внешней характеристикой — для сварки в среде за­щитных газов.

Необходимая характеристика источника питания зада­ется при его изготовлении и обеспечивается конструкцией, а при сварке ее тип не изменяется.

Велико значение и динамических свойств источника питания, а именно быстрота, с которой напряжение при ко­ротком замыкании восстанавливается с нулевой отметки до напряжения повторного возбуждения сварочной дуги. Это определяется индуктивностью источника питания: чем она больше, тем выше динамические свойства, при которых про­исходят равномерный перенос капель электродного металла и незначительное разбрызгивание.

2. Напряжение холостого хода. Так называется напря­жение на выходных клеммах, когда нагрузка в сварочной цепи отсутствует, т. е. при разомкнутой сварочной цепи. На­пряжение холостого хода источника питания с падающей вольт-амперной характеристикой всегда выше рабочего на­пряжения дуги, поэтому облегчаются возбуждение и повтор­ное зажигание сварочной дуги. Если номинальное рабочее напряжение составляет 30 В, то напряжение холостого хода не должно быть более 75 В (чем оно выше, тем легче заго­рается сварочная дуга, но одновременно возрастает риск по­ражения сварщика током). Напряжение зажигания различно для источников постоянного и переменного тока и составляет не менее 30-35 В для первых и 50-55 В для вторых. В ГОСТе 7012-77 Е указано, что для трансформаторов, которые рас­считаны и выдерживают сварочный ток силой 2000 А, напря­жение холостого хода не должно быть более 80 В. Увеличение напряжения холостого хода источника переменного тока вле­чет за собой снижение cos ср (напомним формулу мощности переменного тока: Р = U х | х cos ф), т. е. снижение КПД источ­ника питания.

3. Относительная продолжительность работы (ПР) и от­носительная продолжительность включения в прерывистом режиме (ПВ). Источник питания сварочной дуги функциони­рует в таком режиме, когда включения периодически сме­няются выключениями, которые необходимы для удаления шлака со сварного шва, замены электрода и пр. Можно сказать, что данные показатели характеризуют повторно­кратковременный режим работы источника питания свароч­ной дуги. Разница между ПР и ПВ заключается в том, что при ПР источник питания в момент паузы не отключается от сети и продолжает функционировать в холостом режиме при ра­зомкнутой цепи, а при ПВ источник питания во время паузы отключается от сети.

Величины ПР и ПВ выражаются в процентах и определя­ют возможную степень эксплуатации источника сварочной дуги:

rfletCB — время сварки, т. е. работы под нагрузкой; txx — время холостого хода; tn — время паузы.

Для расчетов условно принимается время сварки (tee), равное 3 минутам, паузы (tn) — 2 минутам. Подставив значе­ния в формулу, можно установить, что оптимальная величина ПР составляет 60%. Если ПР равняется 20%, то время сварки составит 1 минуту, а продолжительность паузы — 4 минуты.

Современная промышленность изготавливает различ­ные источники питания для дуговой сварки и наплавки.

1. Источник питания, работающий от переменного тока и предназначенный для ручной дуговой сварки, автоматиче­ской сварки под флюсом и электрошлаковой сварки, называ­ется сварочным трансформатором. Это устройство представ­ляет собой статический электромагнитный аппарат, основная функция которого — преобразование имеющегося в электри­ческой цепи напряжения (220 или 380 В) в более низкое на­пряжение вторичной электрической цепи, необходимое для возбуждения сварочной дуги и обеспечения ее горения. Энер­гия в трансформаторе преобразуется за счет переменного магнитного поля и использования необходимого количества витков в первичной и вторичной обмотках, расположенных на магнитопроводе. Так называется сердечник, выполненный из трансформаторной стали (из нее изготавливаются различ­ные электрические изделия, которые в процессе эксплуата­ции попеременно на - и размагничиваются), которая является тонколистовой, низкоуглеродистой и отличается повышен­ным содержанием кремния (не более 4%) и малым количест­вом вредных примесей — фосфора и серы (не более 0,02%). Ее магнитопроницаемость определяет и вес устройства. Если магнитные свойства стали максимальны и магнитный поток протекает через нее с наименьшими потерями, то количество стали, необходимое для аппарата, значительно снижается.

В основе действия всех трансформаторов, применяе­мых для сварочных работ, лежит принцип электромагнит­ной индукции, т. е. переменный по направлению (с частотой тока) магнитный поток на магнитопроводе, образовавшийся от действия переменного тока первичной обмотки, пересека­ет витки вторичной обмотки трансформатора, после чего со­гласно закону электромагнитной индукции возбуждает в ней напряжение (ЭДС). Пока вторичная (сварочная) цепь не будет замкнута, тока в ней (кроме напряжения) не будет.

Сварочный ток регулируется благодаря изменению ве­личины либо индуктивного сопротивления, либо вторичного напряжения холостого хода трансформатора, что осущест­вляется посредством секционирования числа витков первич­ной или вторичной обмотки. Это обеспечивает ступенчатое регулирование тока.

Главный минус всех сварочных трансформаторов — низ­кий коэффициент мощности cos ф, что объясняется конструк­цией трансформатора, в котором падающая вольт-амперная характеристика порождается высокой индуктивностью сварочной цепи. Для стабильного возбуждения сварочной дуги требуется напряжение холостого хода трансформатора на уровне 65 В, в то время как напряжение сварочной цепи составляет 20-30 В. Вследствие возникшего индуктивного сопротивления потери мощности возрастают. Поэтому коэф­фициент мощности cos ф сварочных трансформаторов дол­жен состалвять 0,4-0,5.

Сварочные трансформаторы на основании различных показателей классифицируются следующим образом:

1) по количеству обслуживаемых рабочих мест на:

— однопостовые, рассчитанные на одно рабочее место, поэтому обладают соответствующей вольт-амперной характе­ристикой;

— многопостовые, предназначенные для одновременно­го обслуживания нескольких рабочих мест. Они имеютжесткую характеристику, но благодаря включению в электрическую цепь дросселя создается падающая внешняя характеристика, обеспечивающая стабильное горение сварочной дуги;

2) по фазности на:

— однофазные.

— трехфазные.

3) по конструкции на устройства:

а) с нормальным магнитным рассеянием и отдельной ре­активной (дроссельной) обмоткой, которая последовательно включается в сварочную цепь. Дроссель может заключаться в отдельный корпус или выполняться на общем сердечнике (рис. 18).

Падающая характеристика и регулировка сварочного тока происходят за счет электродвижущей силы (ЭДС) само­индукции, которая возникает в обмотке дросселя исключи-

Q О

Рис. 18. Электрическая схема трансформатора с дросселем: а — в отдельном корпусе; 1 — реактивная катушка; 2 — зазор в регуляторе

Рис. 18 (продолжение). Электрическая схема трансформатора с дросселем: б — на общем сердечнике; 1 — реактивная катушка;

2 — зазор в регуляторе

тельно при наличии в ней сварочного тока. Составная часть магнитопровода дроссельной катушки — подвижной пакет, который, в свою очередь, является частью магнитопровода дросселя. От величины зазора в магнитном пакете зависит величина магнитного потока в данном магнитопроводе: он тем больше, чем меньше зазор, и наоборот. Величина маг­нитного потока определяет величину индуктированной ЭДС самоиндукции. Последняя постоянно направлена навстре­чу движению сварочного тока в цепи, который бывает тем меньше, чем больше ЭДС. Максимальная же величина ЭДС самоиндукции наблюдается при минимальном зазоре в под­вижном пакете магнитопровода. Если зазор большой, то маг­нитный поток и ЭДС будут наименьшими, поэтому сварочный ток будет максимальным, ведь при прохождении по провод­нику на его пути нет препятствий.

Благодаря описанным явлениям величина тока плавно регулируется, что и обеспечивает падающую характеристику источника тока и точно настроенный режим сварки.

Подобная схема была распространена приблизительно до 1967 года и хорошо работала, хотя не была лишена недос­татков: трансформаторы, например, весили достаточно мно­го, вследствие потерь отмечалось падение КПД, а также уве­личивался расход цветных металлов.

Сейчас трансформаторы с дросселем в отдельном кор­пусе сняты с производства и заменены устройствами в одно­корпусном варианте, например трансформаторы типа ТСД и СТН (рис. 19) с аналогичным принципом действия;

б) с развитым магнитным рассеянием. При увеличенных магнитных потоках во вторичной обмотке трансформатора возникает реактивная ЭДС. Трансформаторы данной группы неоднородны и подразделяются на конструкции:

— с магнитными шунтами, например СТАН-0, ОСТА - 350 и др. Несмотря на то что они надежны и удобны в при­менении, они уже не выпускаются, так как весьма неэко­номичны (приводят к повышенному расходованию металла и электроэнергии);

3

1

2

Рис. 19. Электрическая схема трансформатора типа СТН: 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — обмотка дросселя; 4 — подвижной пакет магнитопровода; 5 — рукоятка; 6 — магнитопровод

— с подвижной катушкой (марок ТД, ТДМ и др.) (рис. 20), производство которых поставлено на поток. Они отличаются хорошей динамикой, плавным регулированием и способно­стью удерживать ток на заданном уровне.

Рис. 20. Электрическая схема трансформатора с подвижными катушками: 1 — магнитопровод; 2 — вторичная обмотка; 3 — первичная обмотка; 4 — конденсатор

Данные трансформаторы бывают однофазными, стерж­невого типа, отличаются увеличенной индуктивностью рассея­ния. Конструктивно они устроены следующим образом: катуш­ки первичной обмотки зафиксированы, а катушки вторичной обмотки, напротив, являются подвижными. Регулирование сварочного тока осуществляется путем изменения промежут­ка (для этого предназначается рукоятка) между обмотками: при минимальном расстоянии ток возрастает (рукоятка пово­рачивается по часовой стрелке), а при максимальном рассто­янии он снижается. У трансформатора имеется специальный конденсатор (фильтр), который устраняет радиопомехи, неиз­бежные при сварочных работах. Сварочный трансформатор типа ТСК-500 показан на рис. 21;

Рис. 21. Схема сварочного трансформатора ТСК-500: а — конструктивная; б — электрическая; 1 — зажимы для сетевых проводов; 2 — магнитопровод; 3 — рукоятка регулировки тока;

4 — зажимы для сварочных проводов; 5 — ходовой винт; 6 — катушка вторичной обмотки; 7 — катушка первичной обмотки; 8 —

конденсатор

в) с жесткой характеристикой. Такие трансформаторы используются при электрошлаковой сварки (при ней дуго­вого процесса практически нет, а сварка возможна за счет высокой температуры расплавленного шлака, которая дохо­дит до 2000° С, и прохождения через него тока) и рассчитаны на ток 1000-3000 А. Модели бывают одно- (ТШС-1000-1, ТШС-3000-1) и трехфазными (ТШС-1000-3, ТШС-3000-3, ТШС-600-3). Для регулирования напряжения во вторичной электрической цепи предназначаются секционные первич­ные и вторичные обмотки. С помощью контроллера, работа­ющего от электродвигателя и управляющегося дистанционно, осуществляется переключение витков первичной обмотки, за которым следует изменение вторичного напряжения в сва­рочной цепи. Для переключения витков вторичной обмотки производится перестановка перемычек.

Для сравнения трансформаторы различных марок пред­ставлены в табл. 11.

Та блица 11 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК

Параметры

Марка трансформатора

ТС-500

тск-

300

ТД-500

тсд-

2000-2

Номинальный сварочный ток

500 А

300 А

500 А

2000 А

Пределы

регулирования тока

165- 650 А

110- 385 А

85- 720 А

800- 2200 А

Номинальное

напряжение

30 В

30 В

ЗОВ

53 В

Напряжение холостого хода

60 В

63 В

60- 76 В

77-85 В

Напряжение сети

220, 380 В

380 В

220, 380 В

380 В

Номинальный режим работы (ПР)

65%

65%

60%

65%

Таблица 11( п р о дол же н и е)

Параметры

Марка трансформатора

ТС-500

тск-

300

ТД-500

тсд-

2000-2

Номинальная

мощность

32 кВА

20 кВА

32 кВА

180 кВА

кпд

85%

84%

89%

Коэффициент мощности (COS ф)

0,53

0,73

0,53

0,64

Габариты:

— длина;

— ширина;

— высота

840 мм 575 мм 1060 мм

760 мм 520 мм 970 мм

570 мм 720 мм 835 мм

1050 мм 900 мм 1300 мм

Масса

250 кг

215 кг

210 кг

760 кг

Для автоматической сварки под флюсом применяются трансформаторы марокТДФ-1001 и ТДФ-1601, характеристи­ка параметров одного из которых представлена в табл. 12.

Табл и ца 12 ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТДФ-1001

Параметры

Показатели

Номинальное первичное напряжение

220 или 380 В

Частота

50 Гц

Вторичное напряжение холостого хода:

— при минимальном сварочном токе;

— при максимальном сварочном токе.

68 В 71В

Условное номинальное рабочее напряжение

44 В

Вторичное напряжение в зависимости от величины сварочного тока

Uh = 20 + 0,04 1св

Таблица 12 (продолжение)

Параметры

Показатели

Номинальный сварочный ток

1000 А

Пределы регулирования сварочного тока:

— на стадии малых токов;

— на стадии больших токов

400-700 А 700-1200 А

Ток в первичной обмотке:

— при расчета трансформатора на 220 В;

— при расчете трансформатора на 380 В

360 В 220 В

Отношение продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (ПВ)

100%

Потребляемая мощность

82 кВА

кпд

87%

Масса

740 кг

Для обеспечения эффективной и бесперебойной работы трансформаторов их необходимо правильно эксплуатиро­вать. Перед этим надо внимательно осмотреть и заземлить устройство, проконтролировать обмотки на предмет обрыва и проверить изоляцию обмоток от корпуса, а при обнаруже­нии механических повреждений устранить их.

Если предполагается вести работы на открытом воздухе, следует позаботиться о защите трансформатора от осадков, поскольку отсыревшая изоляция может быть пробита. Тогда замыкания между витками не избежать.

Во время работы нельзя допускать перегрева транс­форматора, что негативно отразится на состоянии изоля­ции обмоток. Для недопущения этого не следует размещать трансформатор рядом с источниками тепла. Кроме того, надо регулярно очищать контакты от грязи, которая может препят­ствовать охлаждению рабочих частей устройства.

2. От источников постоянного тока работают сварочные преобразователи, составляющими которых являются свароч­ный генератор и привод (электродвигатель), смонтированные на одном валу. Электрическая энергия, вырабатываемая дви­гателем (на них обычно устанавливают асинхронные трехфаз­ные двигатели), преобразуется в механическую, под воздей­ствием которой якорь генератора вращается и вырабатывает сварочный ток с соответствующими параметрами. Сварочные преобразователи бывают стационарными и мобильными.

Если вместо электродвигателя устанавливают двигатель внутреннего сгорания (ДВС), тогда такой преобразователь называется агрегатом. При этом двигатель должен иметь мощность, как минимум, 30 л. с. В среднем для осуществле­ния сварки требуется 5-6 кг горючего в час.

Сварочные агрегаты используются для работы в полевых условиях или в том случае, когда в электрической сети наблю­даются резкие колебания напряжения. Генератор и ДВС мон­тируются на общей раме (например, ПАС-400-VIII), которая мо­жет снабжаться снабжается колесами. Его можно установить, например, в кузове машины, на тракторе (например, свароч­ный агрегат СДУ-2). Ток, полученный от сварочного генера­тора, обходится дороже (например, расход электроэнергии при ручной дуговой сварке от сварочного преобразователя или агрегата составляет 7-8 кВт/ч на 1 кг наплавленного ме­талла, а КПД в среднем равен 0,4-0,5% из-за значительных потерь на холостом ходу; расход энергии у сварочных транс­форматоров — 3,5-4,25 кВт на 1 кг наплавленного металла, а КПД — 0,6-0,7%), чем тот, что дают сварочные трансфор­маторы, выпрямители. Поэтому целесообразно и экономиче­ски более выгодно применять агрегат в тех случаях, когда нет электрической сети. Именно поэтому до сих пор разработчи­ки совершенствуют бензиновые (АДБ) и дизельные (АДД) сва­рочные агрегаты.

Преобразовали и агрегаты имеют конструктивно схожие генераторы. Сварочный генератор — это прибор, вырабаты­вающий за счет собственной внешней характеристики (для этого в зависимости от сварочного тока в генераторе меня­ется магнитный поток) постоянный ток, необходимый для ста­бильного горения сварочной дуги. Чаще всего встречаются генераторы с падающей внешней характеристикой, которые применяются для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом. Для регулировки сварочного тока гене­ратор оснащается специальным устройством.

В основу конструкции сварочных генераторов положена одна из двух систем (ранее было большое количество кон­структивно различных электромагнитных систем) (рис. 22):

— с независимым возбуждением и последовательной раз­магничивающей обмоткой в сварочной цепи. Независимая об­мотка работает от сети переменного тока и подключена через понижающий трансформатор. Благодаря выпрямителю возни­кает магнитный поток, который возбуждает требующееся для загорания сварочной дуги напряжение на щетках. Регулиров­ка тока осуществляется путем переключения перемычки числа витков обмотки. В пределах диапазонов малых и больших то­ков сварочный ток корректируется реостатом. Представленная на рис. 22 схема реализовывалась в генераторе ГС0-500, кото­рый устанавливался на преобразователе ПС0-500. В последнее время генераторы данной конструкции почти не производятся;

— с самовозбуждением с намагничивающей параллель­ной и размагничивающей последовательной обмотками, на­пример ПС0-300 М, С-300-1 и др. На полюсах генератора находятся две обмотки — намагничивающая и размагничи­вающая. В первой ток создает генератор с помощью треть­ей щетки (на рис. 22 она обозначена цифрой 6), которая устанавливается на коллекторе между основными щетками (цифры 5 и 7). Падающая внешняя характеристика возникает благодаря встречному включению обмоток. Для регулировки тока используется реостат со ступенчатым переключателем.

Основные технические данные преобразователей раз­личных типов представлены в табл. 13.

Как и за трансформаторами, за сварочными преобразо­вателями необходимо правильно ухаживать, чтобы продлить срок их службы. Их следует защищать от атмосферных осад­ков, но при этом следить за тем, чтобы охлаждение устрой­ства не страдало, иначе не избежать перегрева обмоток. Особое внимание уделяют таким его частям, как коллектор, щетки, щеткодержатели и подшипники. Их содержат в чисто­те, систематически удаляют нагар и осматривают, а изношен­ные детали заменяют.

Рис. 22. Электрическая схема генератора: а — с независимым возбуждением: 1 — сеть; 2 — стабилизатор напряжения; 3 — понижающий трансформатор; 4 — селеновый выпрямитель;

5 — реостат; 6 — намагничивающий магнитный поток; 7 — диапазон больших токов; 8 — диапазон малых токов; 9 — перемычка; б — с самовозбуждением: 1 — намагничивающий магнитный поток; 2 — размагничивающий магнитный поток;

3 — ток намагничивающей обмотки; 4 — реостат; 5,6, 7 — щетки на коллекторе якоря генератора; 8 — перемычка

Табл и ца 13 ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НЕКОТОРЫХ ТИПОВ

Параметры

Преобразователь

ПСО-500

ПСГ-350

Тип генератора

ГС0-500

ГСГ-350

Номинальное

напряжение

40 В

ЗОВ

Напряжение холостого хода

55-90 В

15-35 В

Номинальный сварочный ток (ПР - 65%)

500 А

350 А

Пределы

регулирования тока

120-600 А

50-350 А

Мощность

электродвигателя

28 кВт

14 кВт

Напряжение сети

220, 380 В

220, 380 В

кпд

59%

63%

Коэффициент

МОЩНОСТИ (COS ф)

0,9

0,88

Масса

540 кг

400 кг

Исполнение

Однокорпусный, на колесах

Однокорпусный, на колесах

3. Сварочные преобразователи в последние годы были по­теснены более совершенными устройствами — сварочными выпрямителями. Эти приборы преобразуют переменный ток в постоянный и применяются в качестве источника питания сва­рочной дуги. Они комплектуются понижающим трансформато­ром с регулирующим ток устройством, выпрямительным блоком с полупроводниковыми вентилями и вентилятором для охлаж­дения. Как правило, для выпрямителей применяют селеновые и кремниевые вентили. В некоторых случаях такое устройство оснащают дросселем, который подключают в цепь постоянного тока, чтобы получить падающую внешнюю характеристику.

Существуют две типовые схемы выпрямления (рис. 23):

— однофазная мостовая схема двухполупериодного вы­прямления;

— трехфазная мостовая схема.

Чаще всего используется трехфазная мостовая схема, поскольку она обладает рядом преимуществ, в частности обе-

Рис. 23. Электрическая схема сварочного выпрямителя: а — однофазная мостовая; б — трехфазная мостовая; 1-6 — полупроводниковые вентили

спечивает меньшие колебания напряжения, оптимизирует применения трансформатора и равномерно загружает трех­фазную сеть.

Рис. 24. Полупроводниковый вентиль: 1 — основание; 2 — селен;

3 — селенистый кадмий; 4 — электрод

Полупроводниковые вентили пропускают ток лишь в одном направлении и преобразуют переменный ток в пуль­сирующий постоянный. Материалом для них служат кремний, германий и селен, причем последний предпочтительнее. Селе­новый вентиль (рис. 24) представляет собой тонкое металли­ческое основание с нанесенным на него слоем кристалличе­ского селена, на котором находится электрод из специального сплава. Между селеном и электродом образуется тонкий за­пирающий слой из селенистого кадмия, который и выполняет выпрямляющие функции.

4

3 2

1

Селеновые вентили используют для выпрямителей с па­дающей и жесткой внешней характеристикой, кремниевые — в основном в устройствах с падающей внешней характеристи­кой. Поскольку кремниевые вентили нуждаются в активном охлаждении, с этой целью в выпрямитель вставляют венти­лятор. Технические параметры выпрямителей разных типов представлены в табл. 14.

Выпрямители бывают как одно-, так и многопостовыми. Поскольку каждый отдельный пост должен работать неза­висимо от других, источник питания имеет жесткую внеш­нюю характеристику. Хорошо показали себя многопостовые выпрямители серий ВКСМ и ВДМ. Параметры одного из них представлены в табл. 15.

Та блица 14

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ СВАРОЧНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Параметры

Выпрямитель

ВС-632

ВСЖ-303-Б

ВД-401

Номинальный сварочный ток

630 А

315 А

400 А

Диапазон

регулирования тока

100-630 А

50-315 А

60-400 А

Номинальное

напряжение

50 В

34 В

36 В

Диапазон

регулирования

напряжения

20-50 В

16-34 В

16-36 В

Первичная

мощность

46 кВА

16 кВА

28 кВА

КПД

83%

75%

69%

Габариты:

— длина;

— ширина;

— высота

750 мм 880 мм 1200 мм

650 мм 650 мм 900 мм

560 мм 510 мм 660 мм

Масса

380 кг

180 кг

125 кг

Та блица 15 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОПОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ВДМ-1201

Параметры

Показатели

Номинальный сварочный ток

1250 А

Номинальный сварочный ток поста

315 А

Количество постов

8

Коэффициент одновременности работы постов

0,5

Продолжительность включения (ПВ)

60%

Напряжение холостого хода

80 В

Таблица 15 (продолжение)

Параметры

Показатели

Выпрямленное напряжение на клеммах

59-62 В

выпрямителя при номинальном напряжении

сети и номинальном сварочном токе

Напряжение сети

380 В

Потребляемая мощность

93 кВА

Габариты:

— длина;

900 мм

— ширина;

670 мм

— высота

750 мм

Масса

330 кг

4. Самые современные и конструктивно сложные ис­точники сварочного тока — это сварочные инверторы (рис. 25).

Рис. 25. Принципиальная схема сварочного инвертора: 1 — питающая сеть; 2 — сетевой выпрямитель; 3 — сетевой фильтр;

4 — преобразователь частоты; 5 — сварочный трансформатор; 6 — силовой выпрямитель; 7 — блок управления; 8 — сварочная дуга

Если сравнивать его устройство с классическими пре­образователями, оно гораздо сложнее. Прежде всего у ин­вертора нет силового трансформатора. Его работа основана на принципе инверсии (фазового сдвига) напряжения, для реализации которого прибор оснащен электронной микро­процессорной схемой с покаскадным усилением тока. Это позволяет расширить спектр внешних (вольт-амперных) ха­рактеристик — от крутопадающей до возрастающей, при этом отклонения тока доведены до уровня десятых долей про­цента, т. е. практически отсутствуют, благодаря чему качество сварки значительно улучшилось.

Инвертор работает на больших токах, высоких частотах и напряжениях, причем входное напряжение проходит два этапа преобразования: во-первых, переменное напряжение сети 220 В преобразуется в постоянное, во-вторых, постоян­ное трансформируется в высокочастотное переменное (час­тота достигает 200 кГц, что позволило уменьшить вес и габа­риты инвертора), которое опять выпрямляется и доставляется в сварочную дугу. Для преобразования и регулирования элек­трической энергии предусмотрен широтно-импульсный моду­лятор, основой которого являются либо биполярный транзис­тор с изолированным затвором (модуль IGBT), либо полевой транзистор на основе перехода «металл — оксид — полупро­водник» (модуль M0SFET). Работу всей электроники, контроль параметров, обратную связь с дугой координирует микропро­цессор.

Наличие высокочастотного генератора дает возможность применять инвертор для любого способа дуговой сварки и плазменной резки.

Разумеется, сложная и дорогостоящая электроника, уста­новленная на инвертор и нуждающаяся в специальных усло­виях охлаждения, увеличивает стоимость данного источника питания, но достоинства, которыми обладает такой аппарат, и перспективы, открывающиеся благодаря его применению, делают его выгодным приобретением. Ниже перечислены основные преимущества инвертора:

— по сравнению с трансформаторами и выпрямителями инвертор потребляет примерно в 2 раза меньше электроэнер­гии, а в режиме холостого хода — приблизительно в 10 раз (это возможно за счет того, что нет внутренних индуктивных потерь). Поэтому он может работать от бытовой электросети и генератора;

— КПД инвертора составляет более 90%, т. е. коэффици­ент мощности cos ф = 1, благодаря чему вся энергия, которую потребляет аппарат, идет на возбуждение и поддержание го­рения сварочной дуги;

— постоянный ток, который дает инвертор, имеет такие внешние характеристики, которые являются идеальными для сварки, тем более что их можно подстроить под каждый вид сварки плавлением (под ручную дуговую, аргонно-дуговую, полуавтоматическую) и тип сварного соединения;

— инвертор, обладающий плавной регулировкой тока с точностью до 10-15 А, позволяет варить все металлы (угле­родистые и легированные стали, чугун, цветные металлы) и электродом любой марки, в том числе и диаметром 1,6 мм;

— инвертор экономно расходует не только энергию, но и электроды, поскольку разбрызгивание электродного ме­талла довольно незначительное;

— благодаря микропроцессорному управлению инвер­тор постоянно отслеживает ситуацию на дуге и, опережая сварщика, вносит необходимые коррективы, например от­ключает напряжение на дуге через 0,5 секунды после корот­кого замыкания, поэтому электрод не прилипает, а аппарат не перегревается; при незначительных локальных коротких замыканиях инвертор вырабатывает серию коротких мощных импульсов тока, разрушающих перемычки жидкого металла, что имеет большое значение при сварке короткой дугой;

— высокочастотная составляющая обеспечивает высо­кое качество сварного шва, поскольку осуществляются обжа­тие и стабилизация сварочной дуги, а также предупреждается возникновение магнитного дутья;

— данный источник питания весит в 5-10 раз меньше (10-12 кг), чем обычные сварочные аппараты такой же мощ­ности. Инвертор снабжен ремнем, поэтому его можно пове­сить на плечо и работать на любом участке (при сварке осо­бо ответственных конструкций из разных материалов, труб и сварных соединений, когда из-за условий работы нельзя подвести громоздкое промышленное оборудование).

При эксплуатации инвертора необходимо иметь пред­ставление о некоторых особенностях, в частности:

— надо четко различать условия производства и обыч­ные бытовые и не пытаться применять инвертор для работ, на которые он не рассчитан, например перерезать рельсы,— модуль IGBT просто выйдет из строя (это самая дорогая де­таль аппарата);

— исключается небрежное обращение с инвертором и его эксплуатация при наличии явных неисправностей;

— инвертор нуждается в защите от проникновения пыли, поэтому следует обеспечить ему хорошие условия содержа­ния и хранения;

— не стоит доверять такого рода технику некомпетент­ным людям.

Любой сварочный аппарат это электрический прибор, который получая ток из сети, преобразует его до нужных параметров и выдает электрическую дугу постоянного тока с высокой его силой (сто – двести ампер). …

Сварочные работы могут стать причиной пожара, если не выполняются элементарные требования противопо­жарной защиты. Причиной пожара могут стать искры и капли расп­лавленного металла, небрежное обращение с огнем сва­рочной горелки, наличие на …

Суть кислородной резки заключается в сгорании разре­заемого металла под воздействием струи кислорода и удале­нии из разреза шлаков, образованием которых неизбежно сопровождается этот процесс (рис. 95). Рис. 95. Схема выполнения газовой …

msd.com.ua

Источники питания сварочной дуги

ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Устойчивость горения дуги зависит от соответствия формы внешней характеристики ИП статической характеристике дуги.

Внешние характеристики ИП могут быть следующих видов (рис. 2.6): 1 - возрастающая, 2 - жесткая, 3 - полого падающая, 5 - круто падающая.

ИП необходимо подбирать по соответствию его характеристики принятому способу сварки. Для питания дуги на участке II (рис. 2.3) применяют источники с круто падающей характеристикой. Рассмот­рим работу ИП с пологой и круто падающей характеристиками. Ус­тойчивое горение дуги при сварке возможно при условии пересечения статической характеристики 4 дуги с внешней характеристикой ИП в рабочей точке (точки «А» или «Б»). Во время горения дуги и переноса электродного металла на заготовки длина дуги изменяется. Вольт - амперная характеристика так же изменяет свое положение дуги (кри­вые Цд1 и Цд2). Вследствие этого изменяются значения напряжения дуги (Цд) и сварочного тока (,/св). Устойчивое горение дуги будет только тогда, когда при случайных отклонениях рабочего режима (точки А1, А2, Б1, Б2) режим сварки быстро восстановится, и колебания сварочного тока будут относительно малыми. Поэтому, чем более круто падает внешняя характеристика источника тока, тем стабильнее горит дуга и выше качество сварки.

Точка «В» соответствует режиму холостого хода в работе ИП в период, когда дуга не горит и сварочная цепь разомкнута. Для облег­чения зажигания дуги, режим холостого хода должен характеризо­ваться повышенным напряжением (в 2.3 раза выше напряжения ду­ги). Одновременно, это напряжение должно быть безопасным для сварщика (не более 80 В для источников переменного тока и не боле 90 В - для постоянного). Точка Г соответствуют короткому замыка­нию при зажигании дуги и ее замыканию каплями жидкого электрод­ного металла. Для того чтобы не допустить перегрева токопроводя­щих проводов ИП должен иметь характеристику, ограничивающую ток короткого замыкания (1к). Отношение тока короткого зажигания к сварочному току должно находиться в интервале 1,1. 1,5. Время вос­становления напряжения от короткого замыкания до зажигания дуги должно составлять сотые доли секунды.

Для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом с автоматиче­ским регулированием напряжения дуги (рис. 2.3, участок II) внешняя характеристика ИП должна быть круто падающей (рис. 2.6, кривая 4). Чем больше крутизна характеристики, тем меньше колебания тока при изменении длины дуги. При автоматической сварке с саморегулиро­ванием дуги внешняя характеристика ИП должна быть полого па­дающей (рис. 2.6, кривая 3), что обеспечивает интенсивность саморе­гулирования. При сварке в среде защитных газов на постоянном токе, в случаях, когда применяют большие плотности тока, характеристика дуги возрастающая (рис. 2.3, участок III), внешняя характеристика ИП должна быть жесткой или возрастающей (рис. 2.6, кривые 2 и 1).

Каждый ИП дуги рассчитан на определенную нагрузку (номи­нальные рабочие ток и напряжения), при которой он работает, не пе­регреваясь выше допустимых норм. Режим работы при дуговой сварке

характеризуется отношением длительности сварки к сумме длитель­ности сварки и длительности холостого хода, выраженном в процен­тах и обозначаемом ПВ (повторное включение):

t

ПВ = 100—

t + t

св п

где: tсв - время сварки; tn - время пауз. Длительность рабочего цикла tсв+tп =5 мин. Для промышленного сварочного оборудования прини­мается ПВ=(60. 80)%, для бытового - (20. 35)%.

Для питания дуги применяют источники переменного тока (сва­рочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные выпрямители и генераторы).

Сварочные трансформаторы более распространены, так как они: проще в эксплуатации, долговечнее; имеют высокий КПД. Одна­ко для работы трансформатора необходима линия электропередачи. Кроме того, постоянный ток более технологичен, так как дуга более устойчива (особенно при сварке на малых токах), улучшаются усло­вия сварки в различных пространственных положениях, можно вести сварку на прямой и обратной полярности.

Рассмотрим несколько схем сварочных трансформаторов.

Сварочный трансформатор серии СТЭ (рис. 2.7) состоит из двух частей: понижающего трансформатора Тр. и дросселя Др. соединен­ных в последовательную цепь. На П - образном сердечнике 1 транс­форматора намотаны первичная 2 и вторичная 3 обмотки. На П - об­разном разомкнутом сердечнике 5 дросселя намотана компенсирую­щая обмотка 4. Трансформатор понижает сетевое напряжение до 60.70 В. Дроссель служит для получения крутопадающей характери­стики и регулирования сварочного тока в цепи « Тр.- Др. - электрод 7 - дуга 8 - заготовки 9». При прохождении электрического тока через компенсирующую обмотку дросселя в ней возникает ЭДС самоиндук­ции, направленная противоположно основному потоку. В результате падения напряжения в дросселе трансформатор получает крутопа­дающую характеристику. Перемещение ярма 6 сердечника дросселя приводит к изменению зазора 5. Чем больше зазор, тем больше ЭДС самоиндукции компенсирующей обмотки, тем больше сварочный ток.

Более совершенной является конструкция сварочного транс­форматора серии ТД (рис. 2.8). Первичная 2 и вторичная 3 обмотки каждая намотаны на противоположных ветвях замкнутого П - образ­ного сердечника 1. Вторичная обмотка установлена с возможностью перемещения относительно первичной обмотки за счет винтового ме­ханизма 4. Сварочный ток регулируется за счет изменения расстояния между первичной и вторичной обмотками. При сближении обмоток магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьша­ются, и сварочный ток увеличивается.

Устойчивость горения дуги переменного тока можно повысить питанием сварочной цепи токами высокой частоты и высокого напря­жения. Такое питание обеспечивается включением в сварочную цепь осциллятора. Осциллятор представляет собой колебательный контур (искровой разрядник и L-C контур). Осциллятор подключается к сети переменного тока через повышающий трансформатор и сетевые фильтры. Со сварочной цепью осциллятор соединен через согласую­щую обмотку высокочастотного трансформатора и защитные конден­саторы. Мощность осциллятора составляет 100.250 Вт, частота тока подводимого к дуге - 150.260 кГц, напряжение 2.3 кВ.

В состав серийных выпрямителей входят понижающий свароч­ный трансформатор с регулируемым магнитным рассеиванием и вы­прямительный блок, собранный по мостовой схеме с использованием кремниевых силовых вентилей. При использовании однофазного тока, применение мостовой схемы не дает существенного эффекта, так как все равно 100 раз в секунду напряжение будет падать ниже напряже­ния зажигания. Применение дополнительного L—C фильтра позволяет сгладить напряжение. Однако лучшие результаты дает применение трехфазного тока, трехфазного трансформатора и трехфазной мосто­вой схемы выпрямления (рис. 2.9). Применение трехфазной схемы по­зволяет обеспечить: малую пульсацию выпрямленного напряжения, так как выпрямленные полуволны каждой фазы складываются со сдвигом фаз; более равномерную загрузку силовой сети переменного тока.

Для дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитных газов применяют трехфазные сварочные выпрямители с жесткой внешней характеристикой с последовательным включением в свароч­ную цепь дросселя.

Дроссель обеспечивает необходимую скорость нарастания тока короткого замыкания, что облегчает зажигание дуги и уменьшает раз­брызгивание металла. Регулирование напряжение производят ступен­чатым переключением числа витков в первичной обмотке каждой фа­зы трансформатора.

Широкое применение нашли универсальные выпрямители, со­стоящие из трансформатора и управляемого тиристорного выпрями­теля и инверторные выпрямители. Введение в выпрямительный блок обратной связи по сварочному току позволяет получать различные вольт - амперные характеристики. Отрицательная обратная связь обеспечивает крутопадающую характеристику, положительная - же­сткую. Особенность инверторных выпрямителей заключена в том, что с помощью управляемого тиристорного инвертора сетевое напряже­ние преобразуется в высокочастотное (до 60 кГ ц). Далее это напряже­ние выпрямляется малогабаритным трансформатором, и подается в сварочную сеть. Эта схема позволяет получать любую вольт - ампер­ную характеристику, а сами трансформаторы в 8.10 раз легче обыч­ных. На основе инверторных выпрямителей разработаны импульсные источники сварочного тока. Применение импульсного сварочного то-

ка (различной формы, длительности и частоты) позволяет существен­но снизить тепловые вложения при сварке, а значит, сваривать без опасности прожогов заготовки малой толщины.

Сварочные выпрямительные установки имеют высокие динами­ческие свойства вследствие меньшей электромагнитной инерции. Ток и напряжение в переходных процессах изменяются практически мгно­венно. Отсутствие вращающихся частей делает их более надежными и долговечными по сравнению с генераторами постоянного тока. Ос­новными их недостатками являются: зависимость от сети переменного тока и необходимость принудительного охлаждения полупроводнико­вых элементов (воздушного или водяного).

Сварочные генераторы постоянного тока подразделяются: по числу питаемых постов (однопостовые - для питания одной свароч­ной дуги) и многопостовые (для питания нескольких сварочных дуг); по способу установки (стационарные и передвижные); по форме внешней вольт - амперной характеристики; по виду привода (с элек­трическим приводом, с приводом от двигателя внутреннего сгорания); по способу исполнения (однокорпусные - генератор и двигатель вы­полнены на одном валу, в одном корпусе; раздельные - генератор и двигатель выполнены на общей раме, а их валы соединены муфтой).

Сварочный генератор с независимым возбуждение и размагни­чивающей последовательной обмоткой показан на рис. 2.10. Генера­тор имеет две обмотки возбуждения. Намагничивающая обмотка Wn (обмотка независимого возбуждения) создает мощный поток Фн воз­буждения. Эта обмотка питается от сети переменного тока через селе­новый выпрямитель СВ приводного электродвигателя ЭД. Сила тока в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом R. Вторая обмотка возбуждения WF включена последовательно в сварочную цепь и величина ее магнитного потока Фр зависит от силы сварочного тока. Магнитные потоки Фн и Фр направлены навстречу друг другу.

При холостом ходе, когда сварочная цепь разомкнута, действует толь­ко магнитный поток Фн. ЭДС генератора равна Е=СФн, где С - посто­янная генератора. При сварке, когда сварочный ток проходит через обмотку Wp, ЭДС генератора будет равна Е=С(Фн - Фр), т. е. напряже­ние на зажимах генератора упадет. Ступенчатое регулирование сва­рочного тока осуществляется переключателем П. В положении 1 под­ключено полное число витков обмотки Wp что позволяет, получить силу сварочного тока от 30 до 60 А. В положении 2 обмотка Wp под­ключена частично, и сварочный ток повышается (50. 120 А). В пре­делах каждой ступени, сварочный ток плавно регулируется реостатом R.

Отличие сварочного генератора с самовозбуждением от генера­тора с независимым возбуждением заключается в подключении на­магничивающей обмотки к основной, т. е. намагничивающая обмотка является самовозбуждающейся. Регулирование режимов сварки ком­бинированное, такое же, как и в предыдущей схеме.

Приведенные схемы генераторов используются для ручной ду­говой сварки, для автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса. В тех случаях, когда отключена последовательная раз­магничивающая обмотка, генераторы имеют жесткую характеристику и используются для механизированной сварки в среде защитных газов с саморегулированием дуги.

Многопостовые сварочные генераторы применяются в серийном производстве с большим количеством компактно расположенных сва­рочных постов. Эти источники питания позволяют: снизить эксплуа­тационные расходы; уменьшить стоимость сварочного оборудования; использовать сварку с большими токами. Схема многопостового сва­рочного генератора и подключение постов показаны на рис. 2.11. В генераторе применяется смешанное возбуждение. При этом магнит­ные потоки параллельной или шунтовой обмотки Wm и последова-

тельной обмотки Wn складываются Ф^=Фш+Фп. При нагрузке напря­жение на клеммах генератора остается практически неизменным, по­скольку магнитный поток последовательной обмотки несколько под - магничивает генератор. Для изменения напряжения в цепь обмотки параллельного возбуждения включены реостат R. Сварочный посты подключаются параллельно через балластные реостаты R6, что позво­ляет получить линейно падающую характеристику.

Г азовая сварка выполняется ацетиленокислородным, нормаль­ным пламенем с использованием флюса АФ-4А. Пламя должно быть «мягким» и не оказывать сильного давления на металл. Величину расхода газа устанавливают в зависимости от толщи­ны …

Наиболее высокое качество сварных соединений получают при аргонно-дуговой сварке с использованием неплавящегося вольфрамо­вого электрода марки ВА-1А. Диаметр электрода выбирают в зависи­мости от силы сварочного тока (для автомобильных деталей приме­няют электроды …

Газовая сварка чугуна является одним из старейших способов восстановления деталей (наращивание обломанных частей ушков, за - плавки изношенных отверстий в некорпусных деталях и пр.) При за- варке трещин газовую сварку …

msd.com.ua


Смотрите также