При уменьшении взаимоиндуктивности до М0 = 4,8>10-а гн (о = 0,36) соответственно получим

U2(0 = 60(1 - 0,55е“ 1>25/) ;

Umin = 27,0 в;

toy = 1,9 сек.

Расчетные кривые переходных процессов в генераторе для приве­ денных выше числовых примеров показаны на фиг. 132.

кания цепи. По этой же причине напряжение генератора сни­ жается до Umln также спустя некоторое время после начала размыкания; при этом значение UmXn будет несколько больше рас­ четного. Однако эти различия принципиально не изменяют отме­

той же фиг. 132 (кривая 3).

где М т— взаимоиндуктивность трансформаторного стабилизатора. Обмотка 2 включена в цепь возбуждения так, что э. д. с. ет направлена встречно э. д. с. взаимоиндукции между обмотками

дукции в цепи возбуждения уменьшится, т. е.

Мв= М0— М т — результирующая взаимоиндуктивность. Следовательно, трансформаторный стабилизатор уменьшает дей­

ствие взаимоиндуктивности обмоток возбуждения, что улучшает динамические свойства генератора: ограничивается пик тока и уве­ личивается минимальное напряжение при переходе к холостому ходу. Однако трансформаторный стабилизатор должен быть достаточно мощным, чтобы действие его было эффективным.

Применение стабилизаторов, особенно трансформаторных, удо­ рожает источники питания и увеличивает расход активных материа­ лов на их изготовление. По этим причинам в современных сварочных генераторах, обладающих удовлетворительными динамическими свойствами, нет необходимости применять подобные устройства.

СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С НАМАГНИЧИВАЮЩЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ И РАЗМАГНИЧИВАЮЩЕЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОБМОТКАМИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

§ 1. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРА

Сварочные генераторы этого типа являются генераторами с само­ возбуждением. Общий принцип действия их аналогичен принципу действия генераторов, имеющих независимое возбуждение и размагни­

Поэтому действие намагничивающей параллельной обмотки в ге­ нераторах рассматриваемой системы в принципе аналогично дей­ ствию намагничивающей обмотки в генераторах с независимым возбуждением.

Для получения падающей внешней характеристики используется размагничивающая последовательная обмотка ПР, поток и н. с.

Наоборот, результирующий магнитный поток в зазоре под дру­ гой половиной полюсов при этом изменяется весьма интенсивно и даже меняет свое направление, так как суммарное размагничиваю­ щее действие последовательной обмотки и обмотки якоря в этой части зазора будет сильнее действия н. с. параллельной обмотки. Вследствие этого э. д. с. во второй половине обмотки якоря Есь будет изменять не только свою величину, но также свое направление.

Суммарная э. д. с. в якоре и напряжение на щетках а — Ь в ре­ зультате совместного действия намагничивающих и размагничиваю­ щих обмоток генератора будут уменьшаться при нагрузке.

Определим закон изменения э. д. с. и напряжений на щетках генератора в зависимости от нагрузки.

При выводе основных уравнений используем понятие средней намагничивающей силы обмотки якоря

вер = h wn-

Также примем, что магнитные сопротивления для всех потоков в генераторе в основном определяются сопротивлением воздушного зазора и, следовательно, будут одинаковыми, т. е. R JAM R&P

Э. д. с. Еас и напряжение Uac на щетках а — с зависят от резуль­ тирующего потока, действующего в той части воздушного зазора, где расположены проводники якоря, присоединенные к этим щеткам. Эта зависимость выражается уравнением

Следовательно, напряжение на щетках а — с, от которых питаете# намагничивающая обмотка, практически не зависит от тока нагрузки

и iM

Зависимость э. д. с. во второй половине якоря и напряжения Ucb на щетках с — Ь от результирующего потока в зазоре опреде­ ляется следующим уравнением:

Если учесть полное падение напряжения в сопротивлении сва­ рочной цепи R Cf включая падение напряжения на участке после­ довательной цепи якоря внутри генератора, то напряжение источ­ ника, равное напряжению на дуговом промежутке, определится из следующего уравнения:

Из последнего выражения определяем ток дуги при заданном

Вследствие некоторого насыщения магнитной системы при холо­ стом ходе сопротивление R:,.H при нагрузке несколько уменьшается. Поэтому внешняя характеристика генератора может иметь при малых токах полого падающую форму. В этом случае при расчетах сле­ дует в уравнения (214) и (215) подставлять вместо 0 0 значения экви­

э. д. с. в якоре и полного падения напряжения в сварочной цепи примет вид

Еас + Есь — — 0.

Используя уравнения (214) при Ud = 0 и 1д = 1К, можно послед­

для сварочных генераторов с независимым возбуждением, ток в корот­ козамкнутой сварочной цепи

и (217)

Рэ + Рс

§ 3. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА

Как следует из анализа явлений в сварочных генераторах с парал­ лельной намагничивающей обмоткой и размагничивающей после­ довательной обмоткой, общий принцип действия и!основные соот­ ношения в генераторах этого типа аналогичны принципу действия и основным зависимостям в генераторах с независимым возбуждением. Вследствие этого способы регулирования также одинаковы: настройка режима в генераторах рассматриваемой системы производится в основном посредством изменения тока в намагничивающей обмотке

для чего в цепь этой обмотки включен реостат Р (см. фиг. 135).

В главе XII было показано, что при таком способе регулирования приходится изменять в широких пределах ток возбуждения i„ и напряжение холостого хода генератора. В генераторах с само­ возбуждением этот недостаток усугубляется еще тем, что для полу­ чения малых значений сварочного тока приходится чрезмерно сни­ жать ток возбуждения, вследствие чего магнитная система генера-

Фиг. 139. Внешние характеристики сварочного генератора ГСО-500 при комбинированном регулировании режима.

тора будет очень слабо насыщена, а сопротивление в цепи парал* лельной обмотки будет велико. Как известно, при этих условиях генератор плохо самовозбуждается. Указанное явление ограничи­ вает пределы регулирования сварочного тока путем изменения тока в параллельной намагничивающей обмотке.

Для расширения пределов регулирования обычно применяют дополнительное ступенчатое регулирование при помощи секциони­ рования последовательной обмотки (см. фиг. 135).

Внешние характеристики генератора ГСО-500 при таком комби­ нированном регулировании режима показаны на фиг. 139. Сплош­

§4. КОНСТРУКЦИЯ И СХЕМЫ СВАРОЧНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

СНАМАГНИЧИВАЮЩЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ И РАЗМАГНИЧИВАЮЩЕЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОБМОТКАМИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

ВСССР разработана и выпускается серия сварочных генерато­ ров этой системы, которые входят в комплект сварочных преобра­ зователей и агрегатов, выпускаемых заводом «Электрик». К этой

серии в первую очередь относятся генераторы ГС-500 и СГП-3.

Фиг. 140. Электромагнитная схема генератора ГС-500 (Г) и схема включения дви­ гателя (АД) сварочного преобразователя ПС-500 (вид со стороны коллектора):

Д П Д — клеммная доска для переключения двигателя; Д — соединение клемм при включении обмоток двигателя в треугольник; Y — соединение клемм при включении в звезду.

Г е н е р а т о р ГС-500. На фиг. 140 показана электромагнитная схе­ ма генератора ГС-500, входящего в комплект сварочного преобразо­ вателя ПС-500. Генератор ГС-500 имеет четыре основных и четыре дополнительных полюса.

Между основными щетками расположена одна дополнительная щетка, к которой подключается один из выводов намагничивающей параллельной обмотки возбуждения. Другой конец этой обмотки подключен через регулировочный реостат Р к клемме на щитке ДКГ генератора, имеющей положительную полярность.

Намагничивающая обмотка размещена на всех четырех основных

полюсах.

Размагничивающая последовательная обмотка расположена только на двух из четырех основных полюсов. Для ступенчатого регулирования режима от части витков последовательной обмотки сделан вывод к крайней правой положительной клемме на щитке генератора. Второй вывод от всей последовательной обмотки сде­ лан к средней клемме щитка. Провод от основных щеток генератора,

имеющих отрицательную полярность, подключен к крайней левой клемме на щитке генератора.

Сварочная цепь подключается к отрицательной и дополнительной положительной клеммам на щитке генератора. Переключение гене­ ратора на две ступени регулирования осуществляется при помощи перемычки, которая соединяет дополнительную клемму с одним из положительных выводов от последовательных обмоток генератора.

При работе на первой сту­

В более ранних выпусках ГС-500 переключение ступеней осу­ ществлялось без перемычки, путем непосредственного присоедине­ ния сварочного провода к одному из положительных выводов на

Взаимоиндуктивность обмоток в генераторе ГС-500 снижена бла­ годаря тому, что часть намагничивающей обмотки размещена на полюсах, которые не имеют последовательной обмотки. Это меро­ приятие улучшило динамические свойства генератора ГС-500. Дан­ ные переходных процессов генератора ГС-500, соответствующие настройке на номинальный длительный рпежим работы, приведены ниже.

автоматах. Поэтому номинальное рабочее напряжение на клеммах сварочного генератора в преобразователе ПС-500 принято равным 40 et т. е. несколько выше, чем для обычных однопостовых сва­ рочных генераторов, предназначенных для сварки открытой дугой.

Преобразователь ПС-500 может быть использован также для; ручной сварки открытой дугой или автоматической и полуавтомати­ ческой сварки в среде защитных газов.

В этом случае нижний предел настройки сварочного тока будет больше, так как рабочее напряжение при сварке открытой дугой или дугой в защитных газах обычно ниже, чем при дуговой сварке под флюсом.

Основные технические данные преобразователя ПС-500 приве­

схеме, устройству магнитной системы и номинальным данным в основ­ ном аналогичен генератору ГС-500.

Генераторами СГП-3 комплектуются сварочные агрегаты ПАС-400,, САМ-400 и АСД-3.

Генераторы СГП-3 выпускаются в нескольких модификациях* отличающихся главным образом некоторыми конструктивными осо­ бенностями, которые в значительной степени зависят от конструкции сварочных агрегатов, в комплект которых они входят.

В первых модификациях, например в генераторах СГП-3-1, парал­ лельная и последовательная обмотки размещались раздельно: каж­ дая обмотка на одной паре основных полюсов. Кроме того, после­ довательная обмотка в генераторах СПГ-3-1 не секционировалась и регулирование режима производилось только реостатом в цепи параллельной обмотки. В последующих модификациях (генераторы СГП-3-V, СГП-3-VI, СГП-3-VIII) применено двухступенчатое секцио­ нирование последовательной обмотки, а обмотки располагаются на^полюсах так же, как в генераторе ГС-500.

С в а р о ч н ы й а г р е г а т ПАС-400-VI состоит из генера­ тора СГП-3-VI, соединенного эластичной муфтой с бензиновым авто­ мобильным двигателем внутреннего сгорания ЗИС-120. Все обору­ дование агрегата смонтировано на жесткой металлической раме, кото­ рая снабжена роликами для перемещения по настилу, палубе и т. п.

Агрегат ПАС-400-VI предназначен для дуговой сварки и резки металлическим электродом на воздухе и под водой, в полевых и мон­ тажных условиях или на судах морского и речного флота.

В соответствии с условиями работы агрегат защищен от атмо­ сферных осадков крышей и боковыми двухстворчатыми поднимающи­ мися металлическими шторами.

Две ступени регулирования генератора СПГ-3-VI рассчитаны на настройку сварочного тока при рабочем напряжении 40 в в пре­ делах 120—400 a (wp = 12 виткам) и 350—600 а (wp = 8 виткам).

Автомобильный двигатель ЗИС-120, используемый в качестве привода агрегата ПАС-400-VI, специально переоборудован для дли­ тельной стационарной работы и снабжен двумя радиаторами для усиленного водяного охлаждения. Двигатель снабжен также авто­ матическим центробежным регулятором, позволяющим поддержи­ вать скорость вращения при резких изменениях нагрузки в про­ цессе сварки.

Для работы на малых скоростях двигатель имеет ручную регу­ лировку. Кроме того, имеется автоматический выключатель зажига­ ния при внезапном увеличении скорости.

В сварочных агрегатах с двигателями внутреннего сгорания при резких изменениях нагрузки скорость вращения изменяется. По­ этому переходные процессы в сварочных генераторах таких агрега­ тов протекают медленнее, чем в генераторах с приводом от асинхрон­ ных двигателей, скорость вращения которых изменяется при изме­ нении нагрузки значительно меньше.

Первые выпуски агрегатов ПАС-400 имели маркировку ПАС-400-I. От агрегатов ПАС-400-VI эти агрегаты отличались тем, что они комплектовались сварочными генераторами СГП-3-1, особенности

гат предназначен для дуговой сварки в стационарных условиях на

судах морского и речного флота. В соответствии с этим конструкция агрегата специально приспособлена для работы на открытом воз­ духе в условиях повышенной влажности.

В качестве привода в сварочном агрегате САМ-400 применяются асинхронные двигатели МАР-82-73/4, а в агрегате CAM-400-1— дви­ гатели постоянного тока ПН-290.

Фиг. 143. Электромагнитная схема генератора ГСО-500.

Сварочные агрегаты АСД-3-1, небольшая партия которых была выпущена j заводом «Электрик», комплектовались генератором СГП-3-VIII, соединенным муфтой -с приводным дизельным двигате­ лем типа ЯАЗ-204Г.

В 1955 г. во ВНИИЭСО была закончена разработка для серий­ ного производства двух новых сварочных генераторов типа ГСО-500 и ГСО-ЗОО. Принципиальная электрическая схема этих генераторов ничем не отличается от схемы генераторов ГС-500 и СГП-3.

Г е н е р а т о р ГСО-500 является усовершенствованной моди­ фикацией сварочного генератора типа ГС-500, которому он соот­ ветствует по своему назначению и номинальным данным.

Как видно из электромагнитной схемы, изображенной на фиг. 143, генератор ГСО-500 имеет четыре основных и только два дополни­

тельных полюса. На одной паре основных полюсов расположена! намагничивающая параллельная обмотка, а на другой паре полюсов размещены катушки секционированной последовательной об­ мотки.

Комбинированное регулирование режима в генераторе произ­ водится так же, как у генераторов ГС-500 и СГП-3. На первой сту­ пени включены обе секции последовательной обмотки (wp = 14 вит­ кам). При помощи реостата в цепи параллельной обмотки сварочный

ватель ПСО-500 (фиг. 144) более компактный и имеет меньшие

металлическим электродом при номинальном токе 300 а и номиналь­ ном напряжении 30 в.

Электромагнитная схема генератора ГСО-ЗОО аналогична схеме генератора ГСО-500. Пределы регулирования генератора ГСО-ЗОО

Генератор ГСО-ЗОО предназначен для комплектации новых сва­ рочных агрегатов типа АСБ-300 с приводом от бензинового двига­ теля. Агрегаты АСБ-300 выпускаются взамен агрегатов типов САК-2 (см. главу XV).

Благодаря размещению обмоток возбуждения на разных полю­ сах взаимоиндуктивность обмоток М0 в генераторах ГСО-500 и

ГСО-ЗОО уменьшилась по сравнению с генератором ГС-500. Поэтому динамические свойства генератора ГСО-500 лучше, чем генератора ГС-500.

На фиг. 146 показаны осциллограммы переходных процессов генератора ГСО-500 при коротком замыкании (фиг. 146, а) и при переходе с короткого замыкания к холостому ходу (фиг. 146, б). Осциллограммы сняты при настройке генератора на номинальный режим: рабочее напряжение 40 в и сварочный ток 500 а. Как видно из осциллограмм, отношение пика тока к установившемуся току короткого замыкания состав­

«Triodyn К-320».

Принципиальпая электрическая схема сварочного генератора «Triodyn» приведена на фиг. 147. В отличие от схемы на фиг. 135 пита­ ние намагничивающей обмотки в генераторе «Triodyn» осуществляется от щеток с — 6, так как в этом генераторе напряжение Ucb мало изменяется при нагрузке, а напряжение Uac, наоборот, падает и даже меняет свой знак.

Генератор имеет четыре основных и два дополнительных полюса. Катушки намагничивающей обмотки 1 и 2 расположены на одной паре основных полюсов. Эти катушки соединены между собой парал­ лельно. На одном полюсе этой пары полюсов расположена также катушка 3 последовательной обмотки. На другой паре основных полюсов расположены катушки 4 последовательной обмотки. Гене­ ратор имеет пару дополнительных полюсов с обмоткой 5, располо­ женных в зоне коммутации дополнительной щетки.

Для плавного регулирования режима сварки в цепь катушки 2 включен реостат Р . Ток в катушке 1 намагничивающей обмотки не регулируется. Для ступенчатого регулирования режима на щиток генератора сделаны три вывода: один — от основных щеток, имею-

щих отрицательную полярность, и два вывода от катушек последовательной обмотки (положительные клеммы генератора).

При работе на первой ступени регулирования включены обе секции последовательной обмотки 3 и 4. Сварочный ток регули­ руется плавно при помощи реостата Р в пределах от 30 до 135 а. При второй ступени, рассчитанной на большие токи, в пределах 135—320 а, включена только одна катушка 3 последовательной обмотки. Преобразователь «Triodyn» выпускается в однокорпусном исполнении с приводом от асинхронного короткозамкнутого двигав теля, снабженного для пуска переключателем со звезды на тре­ угольник.

§ 5. СВАРОЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР И АГРЕГАТ ТИПА СМП-3

До Великой Отечественной войны в СССР выпускались свароч^ ные агрегаты с генераторами типа СМП-3 и приводом от асинхрон­ ного двигателя МКА 22/4. Генераторы СМП-3 по принципу действия

новные полюсы имеют особую форму: внутри сердечников полюсов сделаны глубокие вырезы; в

некоторых конструкциях вырез несколько смещен от оси сердеч­ ника по направлению вращения якоря так, чтобы одна половина полюса имела меньшее сечение. Кроме того, в этой же части полюса для уменьшения сечения и усиления насыщения сделаны также боковые вырезы снаружи сердечников.

Намагничивающая обмотка расположена на одной паре полюсов вокруг всего сердечника. Эта обмотка подключается через регули­

ровочный реостат к одной паре основных щеток, имеющих отрица­ тельную полярность, и третьей дополнительной щетке. Напря­ жение на этих щетках зависит от потока в воздушном зазоре под той частью полюсов, которые имеют боковые вырезы. Размагничи­ вающая последовательная обмотка, разделенная на три секции, расположена на другой паре основных полюсов вокруг той части этих полюсов, которая имеет большую* площадь сечения.

Вырезы в полюсах для увеличения насыщения сделаны в той части полюсов, которая подмагничивается поперечным потоком якоря. Благодаря этому результирующий поток в воздушном зазоре под этой частью полюсов при нагрузке изменяется очень мало. Вследст­ вие постоянства потока под частью полюса с большим насыщением напряжение на основной и дополнительной щетках, от которых питается намагничивающая параллельная обмотка, также остается практически неизменным при нагрузке. Между тем в другой части полюса поток якоря, как уже было указано, действует размагничивающе, что приводит к уменьшению общего результирующего потока полюса и соответственно к снижению напряжения на основных щетках генератора. При увеличении сварочного тока размагничи­ вающая последовательная обмотка действует в этой же части полюса, что делает внешнюю характеристику генератора еще более круто падающей.

Регулирование режима в генераторе СМП-3 производится,,как обычно, двумя способами. Плавное регулирование режима в пре­ делах ступени производится реостатом в цепи намагничивающей обмотки. От одного конца этой обмотки сделан вывод Ш на щиток генератора. К этому выводу и клемме на щитке генератора, имею­ щему отрицательную полярность, подключается регулировочный реостат (см. фиг. 148).

Для ступенчатого регулирования режима на щиток генератора сделаны выводы 1, 2, 3 от трех секций последовательной обмотки. Секции последовательной обмотки имеют разные сечения и числа витков. Сварочная цепь подключается к клемме, имеющей отрица­ тельную полярность, и к одной из трех клемм с выводами от секций последовательной обмотки. При подключении одного из проводов сварочной цепи к клемме 1 (фиг. 148) будет включена только одна •секция последовательной обмотки с малым числом витков большого сечения. Эта ступень соответствует большим сварочным токам. При настройке на средние токи провод сварочной цепи подключается к клемме 2. В этом случае последовательно с первой секцией вклю­ чается вторая секция меньшего сечения. Наконец, при малых токах сварочная цепь подключается к зажиму 5, что соответствует после­ довательному включению еще одной (третьей) секции наименьшего •сечения.

Внешние характеристики генератора СМП-3 для крайних пре­ делов настройки тока при трех ступенях регулирования показаны на фиг. 149.

Магнитный поток и индукция в воздушном зазоре под полюсом при нагрузке распределены неравномерно, причем обе половины полюсов могут быть насыщены при нагрузке потоками разного знака. Кроме того, форма кривой э. д. с. или кривой изменения поля под полюсами генератора будет при нагрузке искажена. Вслед­ ствие этого потери в генераторах этой системы при нагрузке несколько возрастают по сравнению с холостым ходом. В генераторах слезависимым возбуждением поле под полюсами при нагрузке распределено равномерно, а полюсы не насыщены, что снижает потери в стали при нагрузке.

Генераторы этой системы являются генераторами с самовоз­ буждением. Поэтому они должны вращаться только в одном опре­ деленном направлении, при котором полярность щеток а — с и соот­ ветственно направление тока в намагничивающей обмотке возбуж­ дения будут такими, что н. с. этой обмотки усиливает остаточное поле полюсов генератора. В противном случае ток в намагничи­ вающей обмотке будет ослаблять остаточное поле и генератор не будет самовозбуждаться.

Динамические свойства генератора при работе на ступени с боль­ шим числом витков размагничивающей обмотки ухудшаются. Это объясняется тем, что с увеличением числа витков размагничивающей обмотки взаимоиндуктивность обмоток М 0 увеличивается. Кроме того, при увеличении числа витков последовательной обмотки ее размагничивающее действие в некоторых случаях не компенси­ руется полностью подмагничивающим действием обмотки якоря. Поэтому напряжение 0 ас и соответственно ток в намагничивающей обмотке при нагрузке и особенно при коротком замыкании снижаются. В этом случае при переходе с короткого замыкания на холостой ход прежде всего должен возрасти до начального значения ток в нама­ гничивающей параллельной обмотке. Таким образом, на переход­ ный процесс, обусловленный взаимоиндукцией обмоток возбужде­ ния, накладывается переходный процесс самовозбуждения генера­ тора, что, естественно, замедляет процесс восстановления напряже­ ния генератора и ухудшает условия возбуждения дуги.

Когда генератор очень слабо насыщен при холостом ходе из-за чрезмерного снижения тока в намагничивающей обмотке процесс самовозбуждения генератора и восстановление напряжения после прекращения короткого замыкания протекают столь медленно, что динамические свойства генератора не отвечают требованиям устой­ чивого возбуждения и поддержания дуги. Во избежание этого не рекомендуется выходить за нижний предел настройки режима, предусмотренный паспортными данными генератора.

В крайнем случае следует включить в сварочную цепь дрполнительное балластное сопротивление.