Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
книги / Оборудование для дуговой электрической сварки. Источники питания дуги.pdf
Скачиваний:
138
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
35.36 Mб
Скачать

СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С РАСЩЕПЛЕННЫМИ ПОЛЮСАМИ

§ 1. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРА

Генераторы с расщепленными полюсами применяются в свароч­ ной технике с начала 30-х годов. По основному принципу действия и схеме (фиг. 150) эти генераторы можно рассматривать как разно­ видность схемы генератора с намагничивающей параллельной обмот­ кой, питаемой от одной из основных и третьей дополнительной щеток генератора.

Как уже указывалось в предыдущей главе, поток якоря подмагничивает одну половину полюса и размагничивает другую. Если часть полюса, которая подмагничивается н. с. обмотки якоря, сильно насыщена уже при холостом ходе (например, в генераторе СМП-3), то увеличение потока в этой части полюса при нагрузке весьма невелико. Между тем размагничивающее действие н. с. обмотки якоря будет уменьшать суммарный поток в воздушном зазоре под полюсом. Вследствие этого э. д. с. генератора и напряжение на ос­ новных щетках при нагрузке будут уменьшаться с увеличением сварочного тока даже без применения специальной последователь­ ной размагничивающей обмотки. Для усиления размагничивающего действия реакции якоря и увеличения насыщения той части полюса, поток которой желательно поддерживать при нагрузке неизменным, в генераторах с расщепленными полюсами обе эти части каждого полюса генератора разделены (расщеплены) на два отдельных по­ люса одинаковой полярности, которые располагаются вдоль окруж­ ности якоря один за другим (фиг. 151). Угол между осями двух полюсов одинаковой полярности, представляющий собой один рас­ щепленный полюс, составляет примерно 90°. Таким образом, генера­ тор с расщепленными полюсами, имея четыре основных полюса, по существу является двухполюсной машиной, так как каждая пара полюсов одинаковой полярности расположена рядом, а не чере­ дуется с полюсами другой полярности, как это имеет место в обычных электрических машинах постоянного тока.

Поэтому при наличии четырех полюсов генератор с расщеплен­ ными полюсами имеет лишь одну нейтраль. Эта нейтраль располо­

жена перпендикулярно оси, проходящей между парой одноименных полюсов, образующих один расщепленный полюс Np или5р (фиг. 151).

На этой нейтрали размещаются основные щетки генератора а и 6, а между ними устанавливается дополнительная третья щетка с (фиг. 150 и 151).

Одна пара полюсов разной полярности, расположенная горизон­ тально, называется главными полюсами. Вторая пара полюсов,

Фиг. 150. Принципиальная схема сварочного генератора с расще­ пленными полюсами:

НГ — намагничивающая обмотка главных полюсов; НП — намагни­ чивающая обмотка поперечных полюсов; Р — регулировочный рео­ стат, Фг — поток главных полюсов;

Фп — поток поперечных полюсов; ig—ток в обмотке главных полюсов; in — ток в обмотке поперечных полюсов.

Фиг. 151. Расположение основных полю­ сов и взаимодействие потоков в свароч­ ном генераторе с расщепленными полю­ сами.

расположенная вертикально, называется поперечными полюсами. Каждая пара полюсов имеет намагничивающие обмотки, питаемые от щеток а с. Н. с. обмотки НГ главных полюсов, которые подмагничиваются потоком якоря, обычно больше н. с. обмотки НП поперечных полюсов (см. фиг. 150). В главных полюсах для усиле­ ния насыщения делаются специальные вырезы. По этим причинам главные полюсы более насыщены, чем поперечные. Намагничиваю­ щие обмотки полюсов могут включаться между собой параллельно (фиг. 150) или последовательно. В цепь обмотки поперечных полю­ сов НП обычно включается реостат Р, который служит для регули­ рования режима, работы генератора.

Намагничивающие обмотки полюсов создают два независимых взаимно-перпендикулярных потока Фг и Ф„, которые замыкаются через соответствующую пару полюсов.

Поток в воздушном зазоре под главными полюсами индуктирует в одной половине проводников якоря э. д. с. Еас. В свою очередь,

поток в воздушном зазоре под поперечными полюсами индукти­ рует в другой половине проводников якоря э. д. с. ЕсЪ.

Суммарная э. д. с. ЕаЬ в

якоре равна алгебраической сумме

э. д. с. ЕаЬ и Есъ, а напряжение

UQb на основных щетках генератора

соответственно равно алгебраической сумме напряжений на щетках

а с и с Ь.

Подмагничивающее действие реакции якоря при нагрузке мало сказывается на изменении потока под главными полюсами из-за насыщения этих полюсов. Вследствие этого напряжение на щетках а с Uас, от которых питается намагничивающие обмотки полюсов, также мало изменяется при нагрузке. Размагничивающее действие реакции якоря на поток в воздушном зазоре под поперечными полю­ сами сказывается весьма сильно: по мере увеличения сварочного тока результирующий поток поперечных полюсов уменьшается и даже меняет свой знак. Поэтому напряжение на щетках с Ь, зависящее от этого потока, соответственно изменяется при нагрузке.

Таким образом, напряжение Uab на основных щетках генера­ тора будет уменьшаться с увеличением сварочного тока в резуль­ тате взаимодействия намагничивающих сил обмоток возбуждения и н. с. обмотки якоря, которая в генераторах с расщепленными полю­ сами действует так же, как размагничивающая последовательная обмотка.

§ 2. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ РАБОТЫ СВАРОЧНОГО ГЕНЕРАТОРА

Холостой ход. При отсутствии тока в якоре и сварочной цепи в генераторе существует лишь два магнитных потока: поток главных полюсов Фг и поток поперечных полюсов Фя, создаваемые н. с. соответствующих обмоток возбуждения НГ и НП (фиг. 150). Эти

потоки индуктируют э. д. с. в якоре Е ас и Есь,

которые

при холо­

стом ходе равны напряжениям на щетках

Uас и Ucb:

 

 

Е а с =

и

ас =

- 2- Ф г =

^

-

,

 

(218),

 

Е сЬ =

и

сЬ =

- ^

Ф п =

^

 

,

 

(219)

где /г и in — токи

соответственно

в обмотках

главных

и попереч­

ных

полюсов;

 

 

 

 

в

обмотках главных

ws и wn — числа витков соответственно

ипоперечных полюсов;

иR^n — магнитные сопротивления соответственно на пути по­ токов главных и поперечных полюсов, причем R ^ всегда больше R^n вследствие сильного насыщения главных полюсов.

Так как н. с. обмоток и магнитные сопротивления на пути по­ токов главных и поперечных полюсов разные, то и напряжения

Uас и VсЬ при холостом ходе могут быть разными, что отличает генератор с расщепленными полюсами от сварочных генераторов, описанных в предыдущей главе.

Напряжение на основных щетках UаЪ, т. е. напряжение холостого хода генератора £/0, равно сумме напряжений Uac и Ucb:

и 0 = и ас + и сЬ = 4 - [-^ 2 - + - ^ ] .

(220)

Нагрузка. Распределение магнитного поля под полюсами при нагрузке с появлением тока в якоре резко изменяется, так как н. с. обмотки якоря, как уже говорилось, оказывает существен­ ное влияние на величину суммарного потока полюсов генератора

ираспределение поля в воздушном зазоре.

Вгенераторах с расщепленными полюсами для удобства анализа можно рассматривать обмотку якоря, как бы состоящую из двух катушек, магнитные оси или направление действия н. с. которых сов­ падают с осями главных и поперечных полюсов.

Разделим якорь условно на четыре сектора при помощи двух осевых линий ab и сс\ как показано на фиг. 151. Тогда можно счи­

тать,

что

проводники якоря, лежащие в пазах секторов / по дугаАм

cb

и

ас',

образуют катушку,

магнитная ось

которой направлена

по

оси главных полюсов. В

соответствии с

направлением токов

в этих проводниках, направление потока Фян, создаваемого н. с. катушки /, совпадает с направление^ потока главных полюсов Фг (см. фиг. 151). Таким образом, н. с. катушки / обмотки якоря ока­ зывает подмагничивающее действие на главные полюсы. Обозначим число эквивалентных витков подмагничивающей катушки / обмотки якоря через тюян. Остальные проводники якоря, лежащие в пазах секторов II по дугам ас и Ьс', образуют вторую катушку, магнитная ось которой совпадает с осью поперечных полюсов. Однако, как видно из фиг. 151, направление н. с. и потока Фяр, создаваемого н. с. катушки II, противоположно направлению потока попереч­ ных полюсов и, следовательно, размагничивает последние. Число эквивалентных витков размагничивающей катушки II обмотки якоря обозначим через шяр.

В частном случае, когда щетки а b расположены на нейтрали,

^ Я Н ^ Яр'

с принятым

разделением обмотки якоря на две

В соответствии

катушки следует

при анализе

работы генератора учитывать, что

по оси главных полюсов действуют н. с. i2w2 обмотки возбуждения НГ и н. с. IdwHH катушки / обмотки якоря, а по оси поперечных полюсов—н. с. inwnобмотки возбуждения НП и н. с. 1дхюяркатушки II обмотки якоря.

Уравнения для э. д. с. в якоре с учетом описанного выше взаимо­ действия н. с. обмоток возбуждения и обмотки якоря генератора

примут следующий вид:

Е

ас

С

(i3Ws -f- / д^ян) .

(221)

2 '

V

 

 

 

Е

 

 

(inW„ ~ 1dwxp)

(222)

 

 

R[Х.П

 

 

 

 

Из сравнения уравнений (221) и (218) видно, что результирующая н. с., действующая по оси главных полюсов, при нагрузке будет больше, чем при холостом ходе. Однако так как главные полюсы сильно насыщены, то увеличение результирующей н. с. практи­ чески не вызывает увеличения потока в зазоре под этими полюсами. Вследствие этого э. д. с. Еас и соответствующее ей напряжение Uac мало изменяются при нагрузке. Поэтому подмагничивающим дей­ ствием н. с. обмотки якоря можно пренебречь. Следовательно, уравнение (221) примет вид, аналогичный уравнению (218):

и ас~ Е ас = ^

= const,

(223)

которое будет справедливо и для режима нагрузки. Напряжение на основных щетках генератора а b с учетом падения напряжения на участке последовательной цепи якоря внутри генератора можно выразить в соответствии с уравнением (218) и (222) так:

Uab Еас + Ecb

___ С /

,

 

IdR3

 

 

, i n w „ - / Л р

 

(224)

 

) - / Л -

 

Из анализа уравнения (222),

(223) и (224) видно, что с увеличе­

нием сварочного тока э. д. с. Еас и напряжение

0 ас

изменяются

мало, а э. д. с. ЕсЬ и соответствующее ей. напряжение

Ucb умень­

шаются и при некоторых значениях тока дуги могут изменить свой знак, когда поперечные полюсы под влиянием размагничивающего

действия реакции якоря перемагничиваются. Напряжение

Uab

в результате такого изменения составляющих его напряжений

Uас

и Ucb будет с увеличением сварочного тока уменьшаться. Описан­ ные выше явления наглядно подтверждаются опытными кривыми изменения напряжений Uab> Uас и Uсъ в функции сварочного тока, полученными при испытаниях генератора с расщепленными полю­ сами типа СМГ-26 (фиг. 152). Эти кривые весьма похожи на анало­ гичные кривые для генератора с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения (см. фиг. 138). Последнее подтверждает общность принципов действия обоих генераторов.

Напряжение источника питания, равное напряжению на дуго­ вом промежутке, определяется из уравнения (224) с учетом полного падения напряжения в сварочной цепи:

 

 

и я = Ua

 

iewг

,

— 1дЮяр

 

 

 

 

 

 

^ fj-г

 

хп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последнее выражение легко преобразовать к виду, принятому

нами для

всех типов

источников питания дуги:

 

 

 

 

 

 

hw8 ,

irflQn

C wnp

 

 

(225)

 

 

 

 

R^a

R^n

- h

 

+ Ъ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чая

Учтя уравнение (220) и обозна­

 

 

 

 

 

по-прежнему

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

Cwnp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

“ 2/гря »

 

 

 

 

 

 

 

преобразуем

уравнение

(225):

 

 

 

 

 

 

 

 

u d= u 0-

i d(R3 + Rc).

(226)

 

 

 

 

 

как

Из этого

выражения

определим,

 

 

 

 

 

обычно,

значение

сварочного

 

 

 

 

 

тока при заданном значении напря­

 

 

 

 

 

жения дуги:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

и 0 - У д

 

(227)

 

 

 

 

 

 

 

д

 

Rs + Rc

 

Ф и г . 152. В н е ш н я я х а р а к т е р и с т и к а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U иЬ=

f ( / )

(7) с в а р о ч н о г о

г е н е р а ­

 

Короткое

замыкание.

При

этом

т о р а с

р асщ е п л ен н ы м и п о л ю сам и

 

 

и к р и в ы е за в и с и м о с т и

н а п р я ж е н и й

режиме напряжение Uас почти

пол­

Uас (2)> Uсь (3) о т с в а р о ч н о г о т о к а .

ностью уравновешивается напряже­

знак

(см.

фиг.

152),

так

нием Ucb, которое изменяет свой

как

поперечные полюсы перемагничи

ваются под влиянием размагничивающего действия реакции якоря. Для режима короткого замыкания уравнение (224) с учетом пол­ ного падения в сварочной цепи примет вид

E ac + E cb- I KR c = 0.

Так как падение напряжения в сварочной цепи относительно невелико, то можно положить, что Еас^ —ЕсЬ. Следовательно, при коротком замыкании потоки главных и поперечных полюсов будут примерно одинаковыми. Поэтому насыщение поперечных полюсов при коротком замыкании может быть в некоторых слу­ чаях, больше, чем при холостом ходе, когда обычно Фг > Фп.

Уравнение для определения тока короткого замыкания может быть получено из уравнения (227) при условии, что 1д = 1к и =* = 0:

ти,

*R B + R C '

Вследствие насыщения поперечных полюсов при режимах, близ­ ких к короткому замыканию, магнитное сопротивление R^n воз­ растает, что ослабляет размагничивающее действие реакции якоря, т. е. приводит к уменьшению эквивалентного сопротивления. По этой причине ток короткого замыкания несколько возрастает, так как внешняя характеристика генератора при режимах, близких к короткому замыканию, становится полого падающей (см. фиг. 156).

§ 3. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА

Способы регулирования режима в генераторах с расщепленными полюсами принципиально аналогичны способам, описанным в пре­ дыдущих главах. Как следует из уравнений (220), (225) и (227), режим сварки можно регулировать, следующими двумя способами.

При изменении тока in в

 

намагничивающей

обмотке НП

 

поперечных полюсов изменяется

 

сварочный ток (фиг. 153), а

 

также

напряжение

холостого

 

хода генератора.

 

большой

 

Для

достижения

 

кратности

регулирования

сва­

 

рочного

тока приходится

зна­

 

чительно изменять напряжение

 

холостого

хода

генератора,

 

что, как было показано в

пре­

 

дыдущих главах,

является

не­

 

достатком такого способа регу­

Ф и г . 153. [Р е г у л и р о в о ч н а я к р и в а я ~ г/<э =

лирования.

 

 

 

 

— f(ln) с в а р о ч н о г о г е н е р а т о р а с * р а с щ е п ­

 

 

 

 

лен н ы м и п о л ю сам и т и п а СМГ-26. U н= ЗОв.

В обмотке НГ

главных по­

люсов нельзя изменять ток /г,

 

так как это может

привести к уменьшению степени насыщения этих

полюсов, т. е. к нарушению нормальной работы генераторов с рас­ щепленными полюсами.

Второй способ регулирования заключается в изменении размаг­ ничивающего действия реакции якоря, т. е. в изменении числа размагничивающих витков шяр, подобно тому, как этот способ применяется в генераторах, имеющих размагничивающую последо­ вательную обмотку.

В генераторах с расщепленными полюсами изменение размагни­ чивающего действия реакции якоря или числа витков хюяр достигается

путем смещения щеток с нейтрали. При смещении щеток с нейтрали происходит изменение направления токов в некоторых проводниках якоря, в результате чего витки якоря перераспределяются между подмагничивающей и размагничивающей катушками, на которые мы условно разделили всю обмотку якоря.

Как уже было указано, при расположении щеток на нейтрали

™ян = OV

Изменение числа витков подмагничивающей и размагничивающей катушек обмотки якоря при смещении щеток можно определить при

Ф и г . 154. К о п р ед е л е н и ю и зм ен е н и я ч и сл а в и т к о в я к о р я хюян и хюяр п р и см ещ ен и и щ е т о к :

а — против направления вращения генератора; б — по направлению вращения генератора.

помощи построений, показанных на фиг. 154. При смещении щеток относительно нейтрали п р о т и в направления вращения на угол а (фиг.>154, а) необходимо для определения числа проводников, вхо­ дящих в секторы / и //, симметрично сместить вспомогательную осевую линию сс' (см. фиг. 151) на угол а по направлению вращения (см. осевую линию с'с" на фиг. 154). В результате такого смещения осей центральный угол сектора / увеличится на 2а, а цен­

тральный

угол

сектора

II

уменьшится

на

2а.

Соответственно

с этим, как видно из фиг. 154, а, число витков

хюян

подмагничиваю­

щей катушки /

увеличится,

а число витков шяр размагничивающей

катушки

II уменьшится по

сравнению

с расположением щеток

на нейтрали.

 

 

 

 

 

нейтрали

по

Наоборот, при смещении щеток относительно

направлению вращения на

угол а, как видно из

построений

на

фиг. 154,

б, число витков

подмагничивающей

обмотки

wHH умень­

шится, а число витков размагничивающей обмотки

шяр увели­

чится.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число витков, образуемых проводниками, расположенными в па­

зах секторов I

и IIу пропорционально величине центральных углов

этих секторов. При расположении щеток на нейтрали центральный

угол

равен

При смещении щеток относительно нейтрали на

угол

+ а, как видно из построений на фиг. 154, центральный угол

будет равен

-^-+ 2а. Исходя из этих соотношений, можно написать

следующую

пропорцию:

 

 

 

 

 

wnp0 __

ХЮяр

 

откуда

 

 

 

 

 

 

w *p =

w «po (1 ± v ) 1

(2 2 8 )

где

шяро — число витков размагничивающей

катушки II обмотки

 

 

якоря при расположении щеток на нейтрали;

 

шяр — соответственно число витков при смещении щеток отно­

 

 

сительно нейтрали на угол + а.

при смещении щеток

Выражение в скобках берется со знаком +

по направлению вращения

генератора.

 

Изменение числа витков

хюяр

можно также выразить в зависи­

мости от числа коллекторных пластин пКУна которое смещены щетки с нейтрали. При этом следует учесть, что угол а пропорционален числу коллекторных пластин пКУ поэтому можно написать следую­ щее соотношение:

а2%

 

 

пк

k 9

 

где k — общее число пластин коллектора генератора.

 

Учтя

это соотношение, можно

преобразовать выражение (228)

к следующему виду:

 

 

 

 

^ P

= ^ p o (l

+ 1 г ) -

(229)

Таким

образом, при

смещении

щеток относительно

нейтрали

по направлению вращения генератора размагничивающее действие

реакции якоря

и число витков

хюяр увеличивается. Из

уравнения

(227) следует,

что сварочный ток

уменьшается с увеличением w яру

так как эквивалентное сопротивление R9 — — — при

этом также

увеличивается.

 

2R\m

 

 

 

 

Регулирование режима при помощи смещения щеток практически не оказывает влияния на величину напряжения холостого хода генератора. Характер зависимости тока короткого замыкания /„. от числа коллекторных пластин пк, на которые смещены щетки, показан на фиг. 155.

Существенным недостатком регулирования при помощи смеще­ ния щеток является ухудшение условий коммутации и искрение

щеток. При чрезмерном смещении щеток с нейтрали, когда секции обмотки якоря, коммутируемые щетками, выходят из зоны действия дополнительных полюсов, возникает усиленное искрение щеток, которое может привести к выходу генератора из строя.

Поэтому в современных конструкциях сварочных генераторов с расщепленными полюсами регулирование режима путем смещения

чествевспомогательного способа

 

100

200

300

400

500

600

700I n

Фиг. 155. Изменение тока корот­

Фиг. 156.

Внешние

характеристики

кого замыкания при смеще­

сварочного

генератора

с

расщеплен­

нии щеток сварочного генерато­

ными полюсами

типа СГ-300 при ком­

ра с расщепленными полюсами

бинированном регулировании режима.

типа СМГ-1.

в комбинации с плавным регулированием режима при помощи рео­ стата в обмотке поперечных полюсов. При таком комбинированном регулировании щетки смещаются по коллектору и фиксируются в двух или трех определенных положениях, что дает две или три ступени регулирования. В пределах каждой ступени регулирование режима производится изменением тока в обмотке возбуждения поперечных полюсов.

Комбинированное регулирование позволяет расширить пределы настройки режима без чрезмерного изменения напряжения холостого хода. На фиг. 156 приведены внешние характеристики генератора

срасщепленными полюсами типа СГ-300 для двух положений щеток

идвух крайних положений регулировочного реостата Р : реостат выведен полностью (кривые 1,2) и реостат введен полностью (кри­

вые 3, 4).

§ 4. КОНСТРУКЦИЯ и СХЕМЫ СВАРОЧНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С РАСЩЕПЛЕННЫМИ ПОЛЮСАМИ

Сварочные генераторы с расщепленными полюсами выпускаются с начала 30-х годов и в настоящее время являются в СССР наиболее распространенной системой сварочных генераторов постоянного тока.

За время производства в СССР генераторов с расщепленными полюсами электрические схемы их значительно усовершенствова­ лись. Было выпущено много типов генераторов, имеющих одинако­ вые магнитные системы, но отличающихся либо своими электриче­ скими схемами и обмоточными данными, либо конструкцией.

В настоящее время в СССР типовым является сварочный гене­ ратор с расщепленными полюсами на номинальный ток 300—340 а

3-2206 3-3806

Фиг. 157. Электромагнитная схема генератора СГ-300-М (вид со стороны коллектора) и схема включения двигателя сварочного преобразователя ПС-300-М:

Г — сварочный генератор; АД — асинхронный двигатель; Р — регулировочный реостат; Д К Г — клеммная доска генератора; К — конденсаторы фильтра; ПК — пакетный выключа­ тель; Д К Д — клеммная доска двигателя; Д — соединение обмоток статора в треугольник для включения на 220 в; Y — соединение обмоток статора в звезду для включения на 380 в.

при ПР°/0=65% . Различные типы сварочных генераторов срасщепленными полюсами, выпущенные в СССР, можно разделить в зависи­ мости от схемы включения обмоток возбуждения на четыре группы,

описание которых дается ниже!

 

 

1.

К п е р в о й г р у п п е принадлежат сварочные генераторы

СГ-300-М и СМГ-2М-У1 последнего выпуска,

разработанные заво­

дом «Электрик» в

1954 г.

 

 

Г е н е р а т о р

СГ-300-М. Электромагнитная схема генератора

СГ-300-М, предназначенного для комплектации сварочного преоб­

разователя ПС-300-М, изображена на фиг.

157. Генератор

имеет

четыре

основных

полюса: два главных и два поперечных.

Между

главными и поперечными полюсами разной полярности размещены два дополнительных полюса, улучшающие условия коммутации. Оси главных и поперечных полюсов сдвинуты между собой на 78°.

На основных полюсах расположены катушки намагничивающих обмоток возбуждения, которые включены между собой параллельно и питаются от одной основной (положительной) и дополнительной щеток генератора. В цепь обмотки поперечных полюсов включен регулировочный реостат Р, который укреплен на корпусе генера­ тора под специальным кожухом. Таким образом, схема соединения обмоток генератора СГ-300-М полностью отвечает принципиальной схеме на фиг. 150.

Регулирование режима производится только реостатом в цепи обмотки поперечных полюсов. Смещение щеток в генераторе СГ-300-М

Фиг. 158. Внешние характери-

Фиг. 159. Внешний

вид сварочного

стики генератора СГ-300-М.

преобразователя

ПС-300-М.

не применяется, что благоприятно сказывается на условиях комму­ тации и повышает надежность работы генератора. На фиг. 158 при­ ведены внешние характеристики генератора СГ-300-М для двух крайних положений реостата: кривая 1 соответствует полностью выведенному реостату, кривая 2 — полностью введенному реостату.

Для снижения радиопомех генератор СГ-300-М снабжен фильтром из конденсаторов К> которые подключены к клеммам на щитке ДКГ

ик корпусу генератора.

Пр е о б р а з о в а т е л ь ПС-300-М состоит из генера­ тора СГ-300-М и асинхронного короткозамкнутого двигателя А-62/4, смонтированных в одном корпусе. Асинхронный двигатель преоб­ разователя рассчитан на непосредственный пуск от сети 220 или 380 в. Схема включения асинхронного двигателя показана на фиг. 157. Внешний вид преобразователя ПС-300-М показан на фиг. 159.

Г е н е р а т о р СМГ-2М-У1 имеет такую же электромагнитную схему, как генератор СГ-300-М. Отличие заключается лишь в незна­ чительном изменении параметров обмоток и некоторых конструк-

тивных особенностях выполнения, связанных с тем, что генераторы СМГ-2М-У1 предназначены для соединения с двигателем при помощи эластичной муфты. Номинальные данные обоих генераторов весьма близки.

С в а р о ч н ы й а г р е г а т CAK-2M-VI предназначен слу­ жить в качестве стационарной или передвижной установки для дуго­ вой сварки на открытом воздухе в полевых или монтажных усло­ виях. Он представляет собой сварочный генератор СМГ-2М-У1, соединенный эластичной муфтой с бензиновым автомобильным дви­ гателем ГАЗ-МК. Агрегат смонтирован на сварной раме и защищен железной кровлей.

Двигатель ГАЗ-МК представляет собой четырехтактный авто­ мобильный двигатель типа ГАЗ-MM, специально приспособленный и оборудованный для работы в стационарных установках и в поле­ вых условиях. Охлаждение двигателя водяное, принудительное, с центробежным насосом. Для удобства монтажа трубчатый шести­ рядный радиатор смонтирован на самом двигателе. Двигатель снаб­ жен специальным воздушным фильтром масляного типа и приспособ­ лен для работы в пыльных условиях. Скорость вращения поддержи­ вается центробежным регулятором, что является необходимым для устойчивости режима работы сварочного генератора.

Сварочный агрегат CAK-2M-V1 выпускается заводом «Электрик» и является последней моделью (1954 г.) агрегатов этого типа. Агре­ гаты типа САК-2 с двигателями внутреннего сгорания выпускаются нашей промышленностью с 1933 г. Они комплектовались свароч­ ными генераторами с расщепленными полюсами других типов,

описание

которых будет

дано ниже.

2.

К о в т о р о й

г р у п п е сварочных генераторов с расщеп­

ленными полюсами, применяемых в СССР, принадлежат генераторы типа СМГ-26, СМГ-2д, СМГ-2г и СГ-300. Первые два типа выпуска­ лись до Великой Отечественной войны; серийное производство гене­ раторов СМГ-2г и СГ-300 было начато в послевоенное время. Электро­ магнитные схемы генераторов второй группы примерно одинаковы, а номинальные данные их весьма близки. Отличаются они лишь пределами регулирования режима сварки и некоторыми конструк­

тивными особенностями,

связанными с тем,

для

каких агрегатов

и

преобразователей они

предназначаются.

СГ-300 представлена

на

Электромагнитная схема

г е н е р а т о р а

фиг. 160. Для удобства

рассмотрения на

фиг.

161 изображена

принципиальная электрическая схема генераторов этой группы. Как видно из представленных схем, на главных полюсах располо­ жены катушки намагничивающей обмотки ЯГ, а на поперечных полю­ сах имеются две намагничивающие обмотки. Одна из этих обмоток НПН — нерегулируемая — соединяется последовательно с обмоткой главных полюсов НГ. В цепь второй регулируемой обмотки НПР попе­ речных полюсов включен реостат Г, который служит для настройки режима сварки. Обмотка НПР подключается параллельно обмоткам

НГ и НПН к тем же щеткам а с. Регулировочный реостат укреп­ лен на корпусе генератора СГ-300 и закрыт кожухом. Регулирование режима в генераторе СГ-300 производится двумя способами: плав-

3-2205

Фиг. 160. Электромагнитная схема генератора СГ-300 (вид со стороны коллектора)

и схема включения двигателя сварочного

преобразователя ПС-300:

Г — сварочный генератор; АД — асинхронный двигатель; Р — регулировочный

реостат;

Д К Г — клеммная доска генератора; К — конденсаторы

фильтра; ПК — пакетный

выключа­

тель; Д К Д — клеммная доска двигателя; Д — соединение обмоток статора в

треугольник

для включения

на 220 в; Y — соединение

обмоток

статора в звезду для включения на 380 в.

ное — при

помощи реостата

Р и

ступенчатое — путем

смещения

щеток. Сдвиг щеток производится при помощи специальной ручки, снабженной приспособлением для фиксации

 

 

 

 

щеток в двух положениях. Внешние харак­

 

 

 

 

теристики генератора СГ-300 были приве­

 

 

 

 

дены на фиг. 156.

СГ-300 также применен

 

 

 

 

В генераторах

 

 

 

 

фильтр из конденсаторов для снижения

 

 

 

 

помех

радиоприему.

 

ПС-300 со­

 

 

 

 

П р е о б р а з о в а т е л ь

 

 

 

 

стоит из генератора СГ-300 и асинхронного

 

 

 

 

короткозамкнутого двигателя

А-62/4, смон­

 

 

 

 

тированных в одном корпусе.

Конструкция

 

 

 

 

и основные технические данные однокорпус­

 

 

 

 

ного преобразователя ПС-300 такие же, как

 

 

 

 

у преобразователя ПС-300-М.

Отличаются

 

 

 

 

они лишь электрической схемой сварочных

Фиг.

161.

Принципиаль­

генераторов, входящих

в состав преобразо­

вателей. Схема включения двигателя прео­

ная

электрическая схема

бразователя ПС-300 приведена

на фиг. 160.

сварочных

генераторов

СГ-300,

СМГ-2г, СМГ-2д

С в а р о ч н ы е

г е н е р а т о р ы

СМГ-2г,

 

 

и

СМГ-26.

СМГ-2д и СМГ-26 имеют электромагнитную

(фиг.

 

 

схему,

аналогичную

генератору

СГ-300

160). Некоторым отличием является

большее число

ступеней

регулирования, так как щетки в этих генераторах устанавливаются

в трех положениях. Благодаря увеличению числа ступеней по сравне­ нию с генератором СГ-300, пределы регулирования режима в гене­ раторах СМГ-2г, СМГ-2д и СМГ-26 несколько расширены (см. табл. 9).

Генераторы СМГ-2г, СМГ-2д и СМГ-26 в основном предназна­ чались для комплектации различных сварочных агрегатов с электри­ ческими двигателями и двигателями внутреннего сгорания, которые

соединялись с

 

генераторами

при помощи эластичной муфты .

 

С в а р о ч н ы й а г р е ­

 

г а т САМ-250

состоит

из

SjP

генератора

 

СМГ-2г-1У

и

электродвигателя

постоян-

|

ного тока типа ПН-100,

 

смонтированнных на

общей

 

плите. Агрегат САМ-250

 

предназначен

для

 

дуговой

шшшж

сварки,

резки

и наплавки

■ ■ 1

металлическим электродом.

 

 

Конструкция

агрегата

 

приспособлена

 

для

 

работы

 

на

открытом

 

воздухе,

в

 

условиях повышенной влаж­

 

ности,

на

судах

морского

 

и

речного

флота.

 

 

 

 

 

С в а р о ч н ы й а г р е г а т

 

СУГ-2р состоит из сварочного

Фиг. 162. Внешний вид сварочного агрегата

генератора СМГ-2г-П, соеди­

САК-2Г-Ш.

ненного

эластичной

муфтой

 

с трехфазным асинхронным двигателем типа А-62/4 или МА-201-1/4. Машины агрегата смонтированы на общей сварной раме-тележке,

снабженной

для передвижения агрегата тремя колесами.

С в а р о

ч н ы е а г р е г а т ы САК-2г-Ш и САК-2г-У1 уком­

плектованы соответственно сварочными генераторами СМГ-2г-П1 или СМГ-2г-У1. По конструкции и назначению они аналогичны описанному выше агрегату CAK-2M-V1. Отличаются они лишь типом сварочного генератора, входящего в состав агрегата. Внешний вид сварочного агрегата САК-2г-П1 показан на фиг. 162.

Сварочные агрегаты типа САК-21 и САК-2II, которые выпуска­ лись до войны, несколько отличались по своей конструкции и аппа­ ратуре от послевоенного выпуска. Укомплектовывались они генера­ торами типа СМГ-26 или СМГ-2д; в качестве двигателей в агре­ гате САК-21 применялся бензиновый автомобильный двигатель типа ГАЗ-К, являющийся прототипом современного двигателя ГАЗ-МК.

В

агрегате САК-211 был использован керосиновый двигатель

от

трактора-пропашника типа У-2 («Универсал»).

Генератор СМГ-26 входил также в состав стационарного свароч­ ного агрегата того же наименования с приводом от асинхронного

20 Рабинович 22

двигателя; этим же генератором комплектовались однокорпусные преобразователи типа СУГ-26, которые выпускались до войны.

Первые сварочные генераторы с расщепленными полюсами типа СМГ-2а и СМГ-1, выпущенные в СССР в начале 30-х годов, сущест­ венно отличались от описанных выше конструкций сварочных гене­

раторов

последующих

выпусков.

 

относится

сварочный

генератор

 

3.

К

т р е т ь е й

г р у п п е

 

СМГ-2а (фиг.

163). Генератор имел намагничивающую нерегулируе­

 

 

 

 

мую обмотку НГ на главных полюсах и ре­

 

 

 

 

гулируемую

обмотку

НП на

поперечных

 

 

 

 

полюсах,

которые соединялись между собой

 

 

 

 

параллельно и питались, как обычно, от

 

 

 

 

одной основной щетки а и дополнительной

 

 

 

 

щетки с.

Кроме того,

на

поперечных полю­

 

 

 

 

сах

размещалась

еще

одна

обмотка

ШО

 

 

 

 

(нерегулируемая),

которая

подключалась

 

 

 

 

к основным щеткам генератора

а Ь.

На­

 

 

 

 

магничивающая

обмотка

возбуждения

ШО

 

 

 

 

на поперечных полюсах, питаемая от

основ- •

 

 

 

 

ных щеток, существенно

изменила

форму

 

 

 

 

внешней характеристики генератора. Ток в

 

 

 

 

обмотке ШО изменялся при

нагрузке

так

 

 

 

 

же,

как

и напряжение на основных щетках

Фиг.

163.

Принципиаль­

а Ь. Поэтому при увеличении нагрузки в

ная

электрическая схема

сварочной цепи ток в параллельной обмотке

сварочного генератора

ШО,

питаемой

от

основных щеток,

умень­

 

СМГ-2а.

 

шался, что уменьшало поток поперечных

 

 

 

 

полюсов.

Вследствие

этого

 

уменьшение

результирующего потока генератора

 

при

 

больших

сварочных

токах происходило интенсивнее, что давало возможность сделать

внешнюю

характеристику

более

пологой при малых токах и более

круто падающей в области

рабочих

токов .и режимов,

близких к

короткому замыканию. Внешние характеристики такого типа

поз­

воляли удлинять дугу

без опасности

ее обрыва и давали возмож:

ность ограничить ток короткого замыкания.

 

 

 

 

 

 

 

Однако наличие в генераторах СМГ-2а обмотки параллельного возбуждения ШО, питаемой от основных щеток, несколько ухуд­ шило их динамические свойства. Процесс восстановления напря­ жения генератора после прекращения короткого замыкания ухуд­ шился вследствие того, что ток в намагничивающей параллельной обмотке ШО должен был при этом возрасти с нуля до своего номи­ нального значения. Таким образом, на переходный процесс, обу­ словленный взаимоиндукцией обмоток возбуждения, накладывался переходный процесс самовозбуждения генератора, что замедляло процесс восстановления напряжения генератора и ухудшало его динамические свойства. Для уменьшения постоянной времени об­ мотки ШО в цепь ее было включено добавочное сопротивление /?ш.

Сварочный генератор СМГ-2а предназначался для сварки уголь­ ным и металлическим электродами при номинальном рабочем напря­ жении 40 в и токах от 75 до 400 а. Комбинированное регулирование режима осуществлялось при помощи реостата в обмотке НП и сдвига щеток. Генератор СМГ-2а входил в комплект сварочного агрегата СМГ-2а с приводом от асинхронного двигателя; с этими генераторами комплектовались также однокорпусные сварочные преобразователи

типа СУГ-2а.

 

 

д в*у х м а ш и н -

 

 

4.

С в а р о ч н ы е

 

 

н ы е

а г р е г а т ы

СМГ-1

с приводом

 

 

 

от асинхронного двигателя

были выпущены

 

 

 

заводом «Электрик» в 1931 г. Генератор

 

 

 

СМГ-1 относится к четвертой группе гене­

 

 

 

раторов

с расщепленными

полюсами;

он

 

 

 

имел на полюсах две намагничивающие

 

 

 

обмотки НГ и # # ,

соединенные между собой

 

 

 

последовательно (фиг. 164). Регулирование

 

 

 

осуществлялось только смещением

щеток.

 

 

 

Сдвиг щеток производился при помощи вин­

 

 

 

тового

механизма,

снабженного

рукояткой

Фиг.

164.

Принципиаль­

и

соединенного

со

щеточной

траверсой.

ная

электрическая схема

Во избежание чрезмерного

искрения

угол

сварочного

генератора

сдвига щеток ограничивался стопорами, что

 

СМГ-1.

сужало

пределы

регулирования.

Поэтому

 

 

 

для

получения токов

меньше 100 а генератор снабжался специаль­

ным балластным реостатом,

который включался в сварочную цепь

последовательно с дугой.

 

 

 

 

 

 

 

Генератор СМГ-1 был рассчитан на токи от 40 до 250 а при напря­

жении

25 в.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные технические данные современных советских сварочных двухмашинных агрегатов и однокорпусных преобразователей, укомплектованнных генераторами с расщепленными полюсами, приве­ дены в табл. 9.

Сварочные генераторы с расщепленными полюсами впервые были применены в США, где они получили большое распространение. До настоящего времени они являются основным типом сварочных генераторов, выпускаемых фирмой Дженерал Электрик (General Electik Со). Советские сварочные генераторы с расщепленными полюсами по своей конструкции и техническим характеристикам не уступают генераторам, выпускаемым в США.

§ 5. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГЕНЕРАТОРОВ С РАСЩЕПЛЕННЫМИ ПОЛЮСАМИ

Из описания принципа действия и конструкции сварочных генера­ торов'с расщепленными полюсами можно сделать следующие выводы:

а)

Форма внешних характеристик генератора вполне отвечает

условиям

устойчивого горения дуги.

Некоторым недостатком генераторов с расщепленными полюсами типа СМГ-2г и частично СГ-300 является относительно большой ток короткого замыкания, обусловленный насыщением поперечных полю­ сов при режимах, близких к короткому замыканию. В генераторах СМГ-2М, СГ-300-М этот недостаток в значительной степени устра­ нен .

Способы регулирования режима обеспечивают настройку в до­ стойно широких пределах при сравнительно небольшом изменении напряжения холостого хода.

Однако регулирование путем сдвига щеток усложняет комму­ тацию, делает необходимым применение широких дополнительных полюсов и несколько снижает надежность работы генератора.

В последних моделях генераторов с расщепленными полюсами (СМГ-2М, СГ-300-М) обеспечен достаточно широкий диапазон регу­ лирования без применения сдвига щеток.

б) Генераторы с расщепленными полюсами не нуждаются в по­ стороннем источнике питания возбуждения, что упрощает конструк­ цию и повышает надежность работы сварочной установки.

в) Генераторы с расщепленными полюсами являются двухпо­ люсными машинами. Вследствие этого изготовление таких генера­ торов на большие токи затруднительно, так как мощные генера­ торы с малым числом полюсов имеют большие габариты, удельный расход активных материалов в них повышается, а коллектор имеет большие размеры

г) Исследование динамических свойств генераторов с расщеплен­ ными полюсами показало, что переходные процессы в этих генера­ торах и в генераторах с независимым возбуждением и размагничи­ вающей последовательной обмоткой имеют один и тот же характер (см. фиг. 133 и 165). Однако особенности схемы генераторов с рас­ щепленными полюсами обусловливают некоторые отличия в каче­ стве переходных процессов. К этим особенностям, по сравнению со схемой генератора с независимым возбуждением, относятся сле­ дующие. Во-первых, питание обмоток возбуждения производится от части обмотки якоря, вследствие чего напряжение возбуждения зависит от изменения э. д. с. в якоре генератора при переходном процессе. Во-вторых, падающая характеристика в генераторах с расщепленными полюсами достигается в результате взаимодей­ ствия н. с. обмоток возбуждения и обмотки якоря, которая в этих генераторах заменяет размагничивающую последовательную обмотку. При этом э. д. с. взаимоиндукции между обмоткой якоря и обмот­

ками главных и поперечных полюсов имеют разные знаки.

'

При коротком замыкании генератора с расщепленными полюсами

напряжение на щетках а с> от которых питаются обмотки

воз­

буждения, включенные параллельно, в первый момент снижается. Это вызывается тем, что ток в обмотке главных полюсов сначала уменьшается и даже изменяет свое направление вследствие воз­ никновения в этой обмотке э. д. с. взаимоиндукции, действующей

встречно приложенному к обмотке напряжению. Затем, по мере возрастания тока в якоре, э. д. с. Еас и соответственно напряже­ ние Uac возрастают до своего исходного значения и даже несколько превышают его благодаря подмагничивающему влиянию реакции якоря. Ток в обмотке поперечных полюсов, наоборот, в первый момент времени возрастает вследствие возникновения э. д. с. взаимо­ индукции, которая в этой обмотке действует согласно с приложен­ ным к обмотке напряжением. Вследствие этого э. д. С. Есь и напря­ жение Ucb под влиянием размагничивающего действия реакции якоря уменьшаются медленнее, чем это имело бы место, если бы ток в обмотках поперечных полюсов не возрастал. В результате такого изменения э. д. с. Еас и Есь суммарная э. д. с. ЕаЪ в цепи якоря во время переходного процесса будет больше своего значения, соответствующего установившемуся значению тока короткого замы­ кания. Вследствие этого ток в якоре при переходном процессе дости­ гает пикового значения, превосходящего установившийся ток корот­ кого замыкания. Если бы напряжение питания обмоток возбужде­ ния Uас не снижалось в начале переходного процесса вследствие действия э. д. с. взаимоиндукции, то возрастание тока в обмотке поперечных полюсов и суммарная э. д. с. генератора ЕаЬ при пере­ ходном процессе были бы еще больше и соответственно пик тока и скорость его нарастания в якоре были бы также больше. Следо­ вательно, питание обмоток возбуждения в генераторе с расщеплен­ ными полюсами от части обмотки якоря и возникновение э. д. с. взаимоиндукции в обмотке возбуждения главных полюсов, действую­ щей противоположно по отношению к приложенному к обмотке напряжению, несколько ограничивает пик тока короткого замыка­ ния и скорость его нарастания по сравнению с генераторами, имею­ щими независимое возбуждение и размагничивающую последова­ тельную обмотку. Кроме того, абсолютные значения взаимоиндуктивности М между обмотками возбуждения и обмоткой якоря в гене­ раторах с расщепленными полюсами несколько меньше, чем в гене­ раторах с независимым возбуждением, особенно в тех случаях, когда намагничивающая и последовательная обмотки расположены на одних и тех же полюсах. Уменьшение значений М , как известно, также приводит к уменьшению пика тока короткого замыкания.

При переходе с короткого, замыкания к холостому ходу э. д. с. Еас и напряжение Uас в первый момент несколько снижаются, так как исчезает подмагничивающий поток якоря. Но одновременно с этим нарастает ток в обмотке главных полюсов, так как э. д. с. взаимоиндукции в этой обмотке при уменьшении тока якоря направ­ лена согласно с напряжением, приложенным к обмотке. В резуль­ тате напряжение Uас относительно быстро достигает своего значе­ ния при холостом ходе.

Ток в обмотках поперечных полюсов, наоборот, в начале пере­ ходного процесса под действием э. д. с. взаимоиндукции и сниже­ ния напряжения питания уменьшается и даже изменяет свое напрап-

ление, а затем нарастает со скоростью, определяемой величиной постоянной времени этой обмотки. Соответственно с этим изме­ няются э. д. с. Есь и напряжение на щетках VсЬ, которые при корот­ ком замыкании, т. е. в начале переходного процесса, будут отрица­ тельными, а по окончании переходного процесса вновь достигают своего положительного значения при холостом ходе, переходя одно­ временно с током в обмотке поперечных полюсов через нулевое значение. В соответствии с указанным изменением э. д. с. Еас и ЕсЬ изменяются суммарная э. д. с. генератора ЕаЬ и напряжение Uab.

Фиг. 165. Осциллограммы переходных процессов в генераторе СМГ-26 для двух сту­ пеней регулирования режима. Рабочий режим:

а — I ступень, U$ = 30 в,

= 120 а\ б — III ступень, U$ = 30 в,

= 300 а.

Скорость нарастания напряжения Uab при переходе к холостому ходу в основном определяется величиной постоянной времени об­ мотки поперечных полюсов, а величина минимального напряжения как и в других системах сварочных генераторов, зависит от взаимоиндуктивности М между этой обмоткой и обмоткой якоря. Как видно из описания переходных процессов в генераторах

срасщепленными полюсами, э. д. с. взаимоиндукции в обмотках главных и поперечных полюсов и соответственно изменения токов в них имеют разные знаки. Поэтому при последовательном соеди­ нении обмотки главных полюсов со всей или частью обмотки попе­ речных полюсов (см. фиг. 161 и 164) э. д. с. взаимоиндукции в обмот­ ках будут частично компенсировать друг друга, что приведет к умень­ шению результирующей взаимоиндуктивности М 0 и улучшению динамических свойств генераторов.

На фиг. 165 приведены опытные осциллограммы токов и напря­ жений генератора СМГ-26 при коротком замыкании и при переходе

скороткого замыкания к холостому ходу для двух положений щеток, т. е. для двух ступеней настройки режима. Эти осциллограммы

достаточно наглядно характеризуют динамические свойства гене­ ратора.

Испытания генераторов с расщепленными полюсами показали, что отношение пика тока к установившемуся току короткого замы­

кания составляет

= 1,6 ч- 2,2, а время восстановления напря-

 

* к

жения до 25 в после прекращения короткого замыкания обычно меньше

0,02

сек.

д)

Генераторы с расщепленными полюсами являются генерато­

рами с самовозбуждением. Следовательно, как было показано в главе XIV, они должны вращаться только в одном определенном направлении, так как в противном случае самовозбуждение гене­ раторов будет невозможно.