книги / Сварочные агрегаты

и правой части полюса, мы пришли к уравнению (2.5), которое было выведено для потоков во всем полюсе. Идентичность уравнений (2.5) и (2.13) свидетельствует об отсутствии ошибок при рассмотрении полюса или целиком, или по составляющим.

Характер изменения напряжения на щетках генератора при изменении сварочного тока представлен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Внешняя характеристика

Uab = /(О (кр. О сварочного генера­ тора самовозбуждения и зависимо­

сти напряжений на щетках Цаь (кр.2) и Ucb (кр.Э) и тока возбуждения /„ (кр. •/) от сварочного тока 1сь

Для обеспечения нормальной коммутации основных щеток, т.е. минимального искрообразования при уходе пластины коллектора со щетки, в генераторе кроме главных полюсов, на которых располага­ ются обмотки возбуждения, имеются дополнительные полюса с рас­ положенными на них дополнительными обмотками, которые вклю­ чаются, как и ПРО, последовательно с дугой и якорем генератора. Дополнительные полюса располагаются между главными полюсами. В дополнительных обмотках и их полюсах создаются магнитные по­ токи, которые действуют перпендикулярно оси главных полюсов и

направлены внутри якоря встречно потоку якоря, снижают этот по­ ток и уменьшают тем самым искрообразование. Потоки дополни­ тельных полюсов в создании ЭДС генератора не участвуют, они только снижают реакцию якоря и искрообразование, т.е. улучшают коммутацию тока в коллекторе. Для безискровой работы дополни­ тельной щетки с в середине полюсной дуги главных полюсов сдела­ ны вырезы.

2.1.2.Генератор независимого возбуждения с ПРО

Вконструкциях СА с падающими и жесткими характеристика­ ми, в сварных конструкциях СА, а также в СА с электроприводом помимо генераторов самовозбуждения с ПРО используются генера­ торы независимого возбуждения с ПРО и генераторы с расщеплен­

ными полюсами.

Рис. 2.4. Схема генератора независимо­ го возбуждения с ПРО: НО —намагни­

Фрразмагничивающий поток

Генератор независимого возбуждения с ПРО по принципу дей­ ствия, устройству и регулированию соответствует генератору само­ возбуждения с ПРО. Единственное отличие заключается в том, что обмотка возбуждения питается от дополнительного источника пита­ ния, а не от якоря генератора. Принципиальная электрическая схема генератора независимого возбуждения с ПРО представлена на рис. 2.4.

На главных, или основных, полюсах генератора находятся об­ мотка независимого возбуждения и последовательная обмотка. Ино­

гда эти обмотки располагаются на одном и том же полюсе, но в но­ вейших конструкциях генераторов эти обмотки размещаются на раз­ ных полюсах. При расположении обмоток на разных полюсах улуч­ шаются динамические свойства генератора, т.к. в этом случае сни­ жается величина взаимоиндукции и резкое изменение тока в после­ довательной обмотке в меньшей степени индуктирует дополнитель­ ную ЭДС в независимой обмотке, тем самым сокращается продолжи­ тельность переходных процессов. Последовательная обмотка в гене­ раторах независимого возбуждения может включаться в различных вариантах в зависимости от необходимого характера внешней харак­ теристики генератора. При падающей внешней характеристике по­ следовательная обмотка включается встречно относительно незави­ симой обмотки, т.е. поток последовательной обмотки направлен встречно потоку независимой обмотки. При этом последовательная обмотка так же, как и в генераторах с самовозбуждением, называет­ ся последовательной размагничивающей обмоткой - ПРО, а ее раз­ магничивающий поток - Фр. При жесткой внешней характеристике в одних случаях часть последовательной обмотки включается согласно независимой обмотке и тогда она называется последовательной подмагничивающей обмоткой - ППО, а ее подмагничивающий поток -

Фп-

Такой способ получения жесткой характеристики реализован в генераторе ГД-304. В этом генераторе с ростом тока дуги подмагни­ чивающий поток Фп компенсирует падение напряжения в активном сопротивлении обмотки якоря и от полученной реакции якоря и внешняя характеристика становится жесткой или даже слегка воз­ растающей, но чаще выпуклой (см. рис. 2.17, б).

В других случаях, в частности в генераторах типа ГД-502 и ГСУМ-400, при жестких внешних характеристиках последовательная обмотка вообще отключается. В этом случае внешние характеристи­ ки получаются, как правило, вогнутыми, т.к. поток возбуждения с увеличением сварочного тока остается неизменным и равным потоку Ф„, а падение напряжения в проводниках якоря и реакция якоря уве­ личиваются (см. рис. 2.18, б).

В генераторе ГСУМ-400 при жестких характеристиках кроме этого меняется переключателем вида сварки ПВС направление тока возбуждения, а соответственно и потока Ф„, чем и стабилизируется внешняя характеристика (см. рис. 2.14).

Изменение направления магнитного потока обмотки достигает­ ся двумя методами: во-первых, чаще изменением направления тока в обмотке, а во-вторых, изменением направления навивки обмотки. Изменение направления навивки более сложная операция, и ее мож­

но рекомендовать только в случае полной перемотки обмотки, когда

ее заменяют при ремонте на новую.

Генератор независимого возбуждения ПРО работает аналогично генератору самовозбуждения. При холостом ходе действует один по­ ток намагничивания Фн независимой обмотки возбуждения при вра­ щающемся якоре генератора.

В обмотках якоря, в соответствии с уравнением (2.1), индукти­ руется ЭДС Яг. Эта ЭДС через щетки коллектора ab создает на вы­ ходных клеммах генератора, в соответствии с уравнением (2.2), на­ пряжение холостого хода U0. Если напряжение, питающее обмотку и реостат, а также сопротивление реостата R в цепи независимой об­ мотки не меняется, то не меняется ток намагничивания /„ обмотки возбуждения и Uo остается неизменным. Если снижается напряже­ ние, питающее обмотку через реостат, или увеличивается сопротив­ ление реостата R, то в этом случае уменьшают ток намагничивания /„, поток Ф„ и напряжение холостого хода U0 согласно уравнению (2.2). При нагрузке, т.е. при возбуждении дуги или при подключении другого какого-либо сопротивления, являющегося нагрузкой для ге­ нератора, с увеличением сварочного тока растут ток якоря, токи в ПРО и в обмотке дополнительных полюсов, т.к. все эти элементы (обмотка якоря, ПРО, обмотка дополнительных полюсов и дуга) включены последовательно в сварочную цепь. Поэтому будут увели­ чиваться реакция якоря и потоки обмоток. Поток обмотки якоря практически полностью компенсируется потоком дополнительных полюсов при любом режиме сварки, т.к. эти потоки изменяются оди­ наково ввиду того, что оба они создаются током дуги. Поэтому в со­ временных генераторах всегда наряду с главными, или основными полюсами применяют дополнительные полюса. Магнитный поток Фр ПРО с увеличением сварочного тока растет, а результирующий маг­ нитный поток в зазоре между полюсом и якорем Ф*, в соответствии с уравнением (2.3) падает. Тогда согласно уравнениям (2.4) и (2.5) снижается напряжение генератора UT и формируется падающая внешняя характеристика.

Повышая или понижая напряжение питания обмотки возбужде­ ния и реостата, а также сопротивление этого реостата, можно изме­ нять напряжение холостого хода генератора. При этом наклон харак­ теристик остается прежним. При изменении числа витков Wp ПРО вменяется наклон внешних характеристик генератора согласно

уравнениям (2.6) и (2.7).

В качестве источника питания независимой обмотки возбужде­ ния может быть использован любой маломощный источник питания постоянного тока с напряжением 20-25 В и током до 15 А. В настоя­

щее время в сварочных генераторах нашли применение следующие источники:

а - аккумулятор; б - генератор постоянного тока;

в - генератор трехфазного переменного тока с мостовым вы­ прямителем;

г - трансформатор, автотрансформатор или феррорезонансный стабилизатор с выпрямительным мостом;

д - одна из трех обмоток асинхронного приводного электродви­ гателя в автотрансформаторном варианте, т.е. с отпайкой части этой обмотки статора в сочетании с выпрямительным мостом.

Источники а и б используются в основном при ремонтах гене­ раторов для создания первоначального возбуждения и намагничива­ ния размагниченной магнитной системы генератора. Источники г и д широко применяются в сварочных преобразователях и агрегатах с электроприводом, т.е. в условиях наличия силовой электрической цепи.

В сварочных агрегатах с генераторами независимого возбужде­ ния нашли применение источники в. В этом случае маломощный синхронный генератор трехфазного переменного тока располагается на одном валу с якорем генератора и приводным двигателем внут­ реннего сгорания. Такой генератор называется возбудителем.

Необходимость в использовании дополнительного источника в виде возбудителя и выпрямительного моста по схеме Ларионова при отсутствии сети и привела к тому, что схему независимого возбуж­ дения в СА стараются по возможности не использовать. Ее вынуж­ дены применять в тех случаях, когда необходимо иметь от одного СА и жесткую, и падающую характеристику, что реализовано в ге­ нераторах ГД-304, ГД-502, ГСУМ-400, или когда, кроме генератора СА,необходимо питать постоянным током сварочное оборудование (автомат или трактор) при отсутствии силовой сети, что реализовано в генераторе СГ-1000-1 СА типа ПАС-1000. В остальных случаях целесообразно использовать в СА более простые, экономичные и не требующие дополнительных затрат на возбудитель генераторы само­ возбуждения.

Конструкцию, устройство, электромагнитную схему и способы регулирования режимов сварки в генераторах СА рассмотрим в сле­ дующем разделе. Однако только по электромагнитным схемам за­ труднительно уяснить принципы регулирования в генераторах типа ГД-304 и ГД-502. Поэтому здесь дополнительно рассмотрим их принципиальные схемы при падающих (рис. 2.5) и жестких внешних характеристиках (рис. 2.6).

Из этих принципиальных схем более наглядно, чем из электро­ магнитных, видно, что падающие характеристики в обоих генерато­ рах создаются включением последовательной обмотки на размагни­ чивающее действие. Для этого положительная щетка а перемычкой соединяется с клеммой Р9 а положительный сварочный провод - с одной из клемм: 25-350.

Жесткие внешние характеристики создаются в каждом генера­ торе по-разному. В генераторе ГД-502 последовательная обмотка полностью выключается из сварочной цепи, для чего положительный сварочный провод подключается к клемме 240у а эта клемма через перемычку соединяется с положительной щеткой а (см. рис. 2.6).

Вгенераторе ГД-304 часть последовательной обмотки пере­ ключается на подмагничивающее действие, для чего положительная щетка а соединяется с клеммой 240у а положительный сварочный провод подключается к клемме 350. В этом случае сварочный ток в нижней части последовательной обмотки меняет свое направление и действует согласно с потоком Ф„.

Вобоих генераторах напряжение холостого хода регулируется двумя методами. Во-первых, оно ступенчато регулируется переклю­ чателем ступеней П вторичной обмотки трансформатора Гр. При же­ стких характеристиках переключатель П устанавливается на ступе­ ни 1 или 2 - малое число витков, и напряжение холостого хода ме­ няется в диапазоне 15-30 В или 25-20 В соответственно.

При падающих характеристиках переключатель П устанавлива­ ется на ступени 3 или 4 - большое число витков, и напряжение холо­ стого хода меняется в диапазоне 45-80 В.

Во-вторых, Uo регулируется плавно реостатом R в цепи обмотки возбуждения.

Всхеме с падающими характеристиками в обоих генераторах наклон характеристик и сварочный ток изменяются также двумя ме­ тодами, ступенчато: изменением числа витков Wp ПРО и последова­ тельным включением в области малых токов балластных сопротив­

лений в сварочной цепи, встроенных в самих генераторах. При этом изменяются согласно уравнениям (2.6) и (2.7) сварочный ток и на­ клон внешних характеристик. Цифры на выходных клеммах генера­ тора показывают величину максимальных токов, которые может раз­ вить генератор при подключении к ним положительного сварочного провода, при этом отрицательный провод всегда остается на клемме «-». Клемма Р -ручная сварка, т.е. при ее использовании создаются падающие характеристики путем изменения направления тока в по­ следовательной обмотке и превращения последовательной обмотки в размагничивающую.

2.1 3. Генератор с расщепленными полюсами

Генератор с расщепленными полюсами является разновидно­ стью генератора с самовозбуждением. Падающая внешняя характе­ ристика создается не за счет действия ПРО, которая отсутствует, а за счет вертикальной составляющей потока якоря. Во всех генерато­ рах реакция якоря является вредной, т.к. она ухудшает коммутацию тока и уменьшает результирующий магнитный поток в зазоре между полюсом и якорем, снижает ЭДС холостого хода и мощность генера­ тора. В данном генераторе повышенная реакция якоря является по­ лезной, т.к. с ее помощью создается падающая внешняя характери­ стика. Вредное влияние реакции якоря на ухудшение коммутации компенсируется применением дополнительных полюсов, снижение ЭДС используется для получения нового свойства генератора па­ дающей внешней характеристики, а со снижением мощности прихо­ дится мириться, т.к. сам факт получения падающей внешней харак­ теристики по существу, всегда сопровождается большими потерями, но зато улучшаются электротехнические и технологические свойства сварочной цепи, позволяющие получать устойчивый и стабильный процесс горения дуги и качественное сварное соединение. Принци­ пиальная схема и расположение основных полюсов и потоков гене­ ратора с расщепленными полюсами представлены на рис. 2.7 и 2.8.

В генераторе с самовозбуждением при падающей внешней ха­ рактеристике, как уже видно из уравнений (2.10) и (2.11), поток яко­ ря подмагничивает одну половину полюса и размагничивает другую. Это явление можно усилить, если полюс разделить по оси (расще­ пить) на два отдельных полюса одинаковой полярности и разнести на 90° Тогда генератор, имея четыре основные полюса, по существу, остается двухполюсной машиной, т.к. каждая пара полюсов одина­ ковой полярности расположена рядом, а не чередуется с полюсами другой полярности, как в остальных генераторах.

Генератор, таким образом, состоит из двух половин северных и двух половин южных полюсов и имеет только одну нейтраль, на ко­ торой располагаются главные щетки аву питающие выходную сва­ рочную цепь, а между ними находится дополнительная щетка с.

Два полюса разной полярности, расположенные горизонтально, называются главными. Главные полюса имеют вырезы для искусстнного уменьшения их сечения с целью насыщения намагничиваю­ щей обмоткой главных полюсов (НГ) уже при холостом ходе. Другие два полюса, расположенные вертикально, называются поперечными главными полюсами, с поперечной намагничивающей обмоткой

(НП). Обе обмотки (НП и НГ) запитываются от щеток асу где сум­ марный поток не зависит от сварочного тока.

При холостом ходе, когда сварочная цепь разомкнута и якорь вращается приводным двигателем СА под действием потока оста­ точного магнетизма Ф0, в главных и поперечных полюсах в якоре индуктируются сначала малые ЭДС Еас и Есв между щетками ас и св. Так как щетки ас замкнуты параллельными обмотками НГ и НП, по ним протекают токи /г и /„. Под действием этих токов в обмотках по­ являются потоки Фг И Фп, которые, складываясь с потоками Ф0, уве­ личивают Еас и Есв, и это происходит до полного возбуждения гене­ ратора. При холостом ходе ЭДС в якоре - Еас и Есв, равны напряже­ ниям на щетках Uac и Ссв:

где /г, WX Ярг, inyWn, /?р„, - соответственно ток, число витков и маг­ нитное сопротивление на пути Фг и Фп главных и поперечных полю­ сов. Напряжение на главных щетках ав и на выходных клеммах гене­ ратора, т.е. напряжение холостого хода генератора, равно сумме этих двух напряжений:

При нагрузке, когда возбуждается дуга и появляется сварочный ток, он, проходя по виткам якоря, создает поток якоря Фя, результи­ рующая которого направлена по нейтрали от центра якоря к щетке в. Если все вкгки якоря Wa разбить на две составляющие обмотки: Фям между щетками св (обмотка I) и Жяр между щетками ас (обмотка И), то поток Фя разбивается на две составляющие: Фя„ и Фяр. Причем по­ ток Фян действует согласно с потоком Фг, но существенного измене­ ния потока главных полюсов не происходит, тле. главные полюса на­ сыщены.

Фактически из-за насыщения главных полюсов с ростом намаг­ ничивающей силы /дЖЯ|1 растет пропорционально Яр, и Еае = const, т.е. намагничивающее действие Фян пренебрежимо мало при нагрузке.

Поток Фяр действует встречно потоку Ф„ и резко снижает Есв‘.

Напряжение на основных щетках ав и на выходных клеммах ге~ нератора с учетом падения напряжения внутри генератора имеет вид