zdg_konspect

Рис. 13.9. Принципова електрична схема інверторного випрямляча

Як ланка високої частоти застосовується пiвмостовий послiдовний iнвертор. З наявних схем тиристорних iнверторiв найбiльш доцiльною є пiвмостова схема з резонансною комутацiєю i дiодами зворотного зв’язку. Вона має мiнiмальне число елементiв, здатна працювати в широкому дiапазонi зварювальних навантажень i здiйснювати глибоке регулювання зварювального струму за рахунок змiни частоти вмикання тиристорiв. Iнвертор складається з комутувальних конденсаторiв С2 i С3, тиристорiв VS1 i VS2, навантаженням є первинна обмотка трансформатора Т. Для пiдвищення комутацiйної стiйкостi VS1 i VS2, а також виключення їх з ланки в момент комутацiї через велику швидкiсть наростання напруги використовуються дроселi L2, L3, резистори R2, R3 i конденсатори С6, С7. У схему введенi зворотнi дiоди VD9, VD10, якi забезпечують повернення реактивної енергiї, що накопичується в зварювальному трансформаторi Т, i усувають резонанснi процеси в колi робочих конденсаторiв С2, С3, завдяки чому напруга на конденсаторах не перевищує припустимих значень у режимах неробочого ходу i короткого замикання. L2, C6,

131

R2 i L3, C7, R3 виконанi чисто реактивними оскільки R2, R3 шунтованi в прямому напрямку дiодами VD11, VD12 i слугують для стiкання зарядiв з конденсаторiв С6, С7 у промiжках часу мiж комутацiями тиристорiв. Резистори R2, R3 регульованi для забезпечення згасального процесу в резонансному контурi схеми. Малогабаритний трансформатор Т слугує для зниження напруги до 30-40 В, необхiдної для зварювання. Вторинна обмотка трансформатора через вихiдний випрямляч VD7, VD8 i вихiдний фiльтр L4, C4, C5 увiмкнута до зварювальної дуги. Осердя лiнiйного дроселя L4 має повiтряний проміжок, що запобiгає його насиченню при значних величинах зварювального струму. Дросель знижує швидкiсть наростання струму i його максимальне значення при збудженнi дуги, а також згладжує пульсацiї випрямленого зварювального струму. Регулювання електричних режимiв джерела виконується блоком керування БКI, який живиться вiд мережi через спецiальний трансформатор. Для пiдтримання потужностi живлення, що пiдводиться до дуги слугує зворотний зв’язок за струмом i за напругою. Сигнали надходять до блоку керування з шунта RS i з дугового промiжку. Для примусового охолодження силових елементiв схеми джерела слугує вентилятор. Захист елементiв схеми вiд перенапруги здiйснюється автоматичним вимикачем QF, а захист двигуна вентилятора i блоку керування БКI - за допомогою запобiжникiв.

Плавне регулювання зварювальної напруги здiйснюється за рахунок змiни частоти вмикання тиристорiв iнвертора. Можливе також i ступiнчасте регулювання шляхом змiни ємностi комутувальних конденсаторiв. При збiльшеннi ємностi зростає зарядний струм i тривалiсть зарядки конденсатора, що призводить до збiльшення випрямленої напруги i струму.

132

ЛЕКЦІЯ 14

14.1. Зварювальнi генератори, перетворювачi i агрегати. Призначення, класифiкацiя

Зварювальний генератор є електричною маши133ною, яка забезпечує легке збудження дуги i утворення якiсного зварного з’єднання шляхом перетворення механiчної енергiї обертання якоря в електричну енергiю постiйного струму.

Перетворювач являє собою комбiнацiю зварювального генератора, якiр якого приводиться в обертання за допомогою трифазного асинхронного двигуна змiнного струму, i застосовується в основному для ручного дугового i механiзованого зварювання в захисних газах i пiд флюсом у цехових умовах.

Зварювальний агрегат вiдрiзняється вiд перетворювача тим, що для обертання ротора генератора замiсть електричного привода застосовується бензиновий або дизельний двигун. Агрегати застосовуються в основному для ручного дугового зварювання в умовах вiдсутностi живлення електричної мережi.

Оскільки генератор є основним електроапаратом, який створює умови для живлення зварювальної дуги, то докладно розглядаються конструктивнi особливостi, принцип дiї, характеристики тiльки зварювальних генераторiв.

Генератори подiляються на колекторнi (мотор-генератори) i вентильнi (індукторні).

Колекторнi генератори складаються з частин що обертаються (якiр з колектором), i нерухомих (статор з магнiтними полюсами, щiтки для знiмання струму i.т.п.).

Вентильнi генератори складаються з трифазного генератора змiнного струму i силового випрямного блоку, зiбраного за мостовою схемою випрямлення.

Колекторнi генератори однопостової системи класифiкують у залежностi вiд способу збудження i вольт-амперних характеристик.

Генератори із самозбудженням i спадною ВАХ:

-поперечного магнiтного кола;

-з розщепленними полюсами;

-з паралельною намагнiчувальною i послiдовною розмагнiчувальною обмотками збудження.

Генератори із самозбудженням i жорсткою ВАХ:

-з несиметричною або рiзнонасиченою магнiтною системою.

133

Генератори з незалежним збудженням i спадною ВАХ:

-з незалежною обмоткою збудження i послiдовною розмагнiчувальною обмоткою.

Генератори з незалежним збудженням i жорсткою ВАХ:

-з незалежною обмоткою збудження i послiдовною пiдмагнiчувальною обмоткою.

Унiверсальнi зварювальнi генератори:

-в яких спадна i жорстка ВАХ створюється за рахунок обмотки незалежного збудження i послiдовної обмотки, що працює як в режимi розмагнiчування, так i пiдмагнiчування.

Колекторнi генератори багатопостової системи застосовуються в основному як генератори із самозбудженням i послiдовною пiдмагнiчувальною обмоткою, що створює жорстку ВАХ.

У процесi роботи в промисловостi з’явився основний тип зварювальних генераторiв зі спадними i жорсткими характеристиками, технологiчнi властивостi яких вiдповiдають сучасним вимогам технологiї дугового зварювання. Такими виявились генератори з незалежним збудженням i самозбудженням з послiдовною розмагнiчувальною i пiдмагнiчувальною обмотками а також вентильні генератори. Крiм них у менших обсягах застосовуються універсальні, багатопостові та генератори з несиметричною магнiтною системою. Зварювальнi генератори поперечного магнiтного поля i з розщепленими полюсами, в силу гiрших технологiчних властивостей докладно розгляненi в спецiальнiй лiтературi і в цьому посiбнику не розглядаються.

Технiчнi характеристики зварювальних обертальних джерел живлення порiвняно низькi. Крiм того, вони займають значну виробничу площу, створюють при роботi сильний шум та вiбрацiю.

14.2.Зварювальний генератор системи незалежного збудження з послiдовною розмагнiчувальною обмоткою. Конструкція i принцип дiї

Генератори даної системи широко застосовуються у виглядi зварювальних перетворювачiв, оскільки незалежна обмотка збудження живиться вiд тiєї ж мережi, що пiдводиться до електродвигуна. Вони призначенi в основному для ручного дугового зварювання i рiзання плавленням, а також частково i для зварювання пiд флюсом.

134

Генератор має нерухому частину - статор з чотирма головними полюсами i обертову частину - ротор - якiр з колектором з двома спареними щiтками. На двох геометрично протилежних одноiменних N полюсах вкладена обмотка незалежного збудження НО, на двох iнших S полюсах - послiдовна розмагнiчувальна обмотка ПР.

Обмотка НО живиться вiд мережi через знижуючий трансформатор та випрямний блок, який змонтовано в корпусi генератора. Обмотка ПР увiмкнена послiдовно з якорем i навантаженням. Магнiтнi потоки ФН i ФР, якi створюються цими обмотками, замикаються на полюси, залiзо якоря, корпус генератора i направленi зустрiчно (рис. 14.1).

Рис. 14.1. Спрощена електрична схема генератора незалежного збудження з послідовною розмагнічувальною обмоткою

При обертаннi ротора генератора в якiрнiй обмотцi наводиться змiнна ЕРС, яка завдяки колекторному пристрою перетворюється в постiйну ЕРС при незмiннiй величинi магнiтних потокiв. Розмагнiчувальна дiя послiдовної обмотки дає

135

можливiсть отримати в генераторi спадну вольт-амперну характеристику. Плавне регулювання зварювального струму здiйснюється за рахунок змiни струму збудження IН в незалежнiй обмотцi за допомогою регулятору струму R1, ступiнчасте регулювання - змiною числа виткiв послiдовної розмагнiчувальної обмотки.

Принцип регулювання струму i створення зовнiшньої характеристики визначається з аналiзу роботи генератора в рiзних режимах.

Робота генератора

Аналiз роботи генератора проводиться в трьох режимах: неробочий хiд, навантаження та коротке замикання.

Неробочий хiд. Умови роботи генератора IД=0, IН¹0, ФН¹0, ФС,ФЯ=0.

Струм намагнiчування IН проходячи по обмотцi НО, створює магнiтний потiк ФН, завдяки чому в якiрнiй обмотцi наводиться ЕРС генератора ЕГ.

де С - постiйна генератора, WН - число виткiв незалежної обмотки збудження, Rμ - магнiтний опiр на шляху потоку ФН.

Величина ЕГ без втрат подається на клеми генератора i дорiвнює напрузi неробочого ходу генератора U20. З виразу (14.1) випливає, що U20 можна плавно регулювати змiною струму збудження IН в незалежнiй обмотцi за допомогою R1.

Навантаження. Умови роботи генератора IД¹0, ФН, ФР, ФЯ¹0.

В режимi навантаження по зварювальному колу, по якiрнiй та розмагнiчувальній обмотках проходить струм IД, який створює магнiтнi потоки ФР i ФЯ. Поток ФР направлений назустрiч потоку ФН, а потiк реакцiї якоря ФЯ замикається по тiлу якоря та полюсного башмака i направлений перпендикулярно ФН та ФР. Тому результуючий магнiтний потiк ФΣ=ФН-ФР. Сумарний потiк ФΣ створює ЕРС генератора ЕГ.

136

де –IДRА – падiння напруги за рахунок втрат в активному опорi генератора (опiр провiдникiв якоря, колектора, щiток i т. п.).

Заключний вигляд виразу (14.3) характеризує рiвняння зовнiшньої характеристики генератора незалежного збудження з послiдовною розмагнiчувальною обмоткою. З виведеного рiвняння видно, що iз зростанням струму навантаження IД напруга генератора UГ спадає за рахунок магнiтного потоку послiдовної розмагнiчувальної обмотки i частково падiння напруги в серединi генератора.

Фiзичний зміст формування спадної вольт-амперної характеристики полягає в тому, що зі збiльшенням зварювального струму IД потiк ФР зростає, що призводить до зменшення результуючого магнiтного потоку ФΣ , до зниження ЕРС ЕГ i напруги UГ генератора, тобто:

IД -Þ FР -Þ FΣ ¯Þ EГ ¯ÞUГ ¯.

Iз виразу (14.3) за умови рiвності напруги дуги i генератора (UГ=UД) можна визначити величину зварювального струму:

З наведеної формули видно, що при постiйнiй величинi UД струм навантаження можна регулювати шляхом змiни напруги неробочого ходу генератора (плавне регулювання) або змiною числа виткiв послiдовної обмотки WР (ступiнчасте регулювання).

Основний спосiб регулювання -плавна змiна струму навантаження регулятором струму R1 в колi незалежної обмотки збудження. При цьому за рахунок регулювання струму намагнiчування IН вiдбувається змiна напруги U20. Фiзичне пояснення цього способу полягає в наступному. Зі збiльшенням струму намагнiчування IН зростає ФН, отже, i результуючий потiк ФΣ. В результатi цього збiльшується ЕРС ЕГ, напруга UГ i струм IД генератора.

IН -Þ FН -Þ FΣ -Þ EГ -ÞUГ -Þ IД - .

Кратнiсть плавного регулювання зварювального струму IД max / IД min невелика i складає приблизно 2...3. Це пояснюється тим, що зі зростанням IД збiльшується i напруга неробочого ходу генератора, яка обмежена вимогами технiки безпеки i складає 60-100 В.

137

Ступiнчасте регулювання струму здiйснюється змiною числа виткiв послiдовної розмагнiчувальної обмотки. При 100% увімкненні числа виткiв WР-ступiнь малих струмiв, при 40%-ступiнь великих струмiв.

На рис.14.2 наведено графічне зображення спадної зовнішньої характеристики генератора. З ростом струму ІД (при зміні опору навантаження) напруга генератора UГ спадає:

IД -ÞUГ ¯ .

Рис.14.2. Зовнішня характеристика генератора з незалежним збудженням

Фізичне пояснення формуванню спадної ВАХ можна дати наступним чином. При збільшенні зварювального струму ІД зростає потік послідовної обмотки ФР, що призводить до зниження результуючого потоку ФΣ і, отже, до зниження ЕГ та напруги UГ генератора, тобто

IД -Þ FР -Þ FΣ ¯Þ EГ ¯ÞUГ ¯

Спадна зовнішня характеристика у генераторі з послідовною обмоткою створюється завдяки її розмагнічувальній дії.

Коротке замикання Режим к.з. можна розглядати як випадок режиму навантаження. При спадній ВАХ в режимі короткого замикання UГ =Uд ≈ 0. Тодi з рiвняння (14.4) струм IКЗ буде дорівнювати

138

В режимi короткого замикання, так само як i в режимi навантаження плавне регулювання струму IКЗ здiйснюється за рахунок змiни напруги неробочого ходу U20, а ступiнчасте - шляхом змiни числа виткiв обмотки WР. Рідше ступінчасте регулювання виконують за допомогою баластового реостату RБ , встановленого послідовно з дугою.

Рівняння зовнішньої характеристики генератора з баластовим реостатом має вигляд:

З рівняння (14.7) витікає, що при збільшенні RБ сила струму ІД знижується. В такому випадку плавне регулювання режиму виконується зміною струму

незалежної обмотки, а ступінчасте – секціонуванням послідовної обмотки та вмиканням баластового реостату.

14.3. Конструкцiя i робота генераторiв та перетворювачiв

Розглянемо конструкцiю i роботу перетворювачiв на прикладi ПД-502У2, до складу якого входить генератор з незалежною обмоткою збудження та послiдовною розмагнiчувальною обмоткою (рис.14.3).

До складу перетворювача входить трифазний асинхронний двигун-10 з короткозамкненим ротором та зварювальний генератор-9 типу ГСО-500. Колектор генератора закрито щитками-1, щiточний пристрій встановлено на щитi-4. На розподiльчiй коробцi-5 крiпляться дошки зажимiв двигуна -3 i генератора-2, амперметр-7 та пакетний вимикач двигуна-6. Пристрій для регулювання зварювального струму в вигляді реостата-8 може бути винесено на вiдстань до 20 метрiв. Магнiтна система має чотири головних полюси. На двох N полюсах розмiщена незалежна обмотка збудження HO, на двох S полюсах-послiдовна

139

розмагнiчувальна обмотка ПР. У зв’язку з тим, що цi обмотки рознесенi на рiзних полюсах, зменшується їх взаємна iндуктивнiсть, що призводить до значного покращення запалювання зварювальної дуги та динамiчних властивостей самого генератора. Є також два додаткових S полюса ДП з обмотками для полiпшення комутацiї, що в свою чергу зменшує iскроутворення i збiльшує термін роботи генератора. Для ступiнчастого регулювання струму послiдовна обмотка секцiонована перестановкою перемикача на дошцi затискачів (рис.14.4).

Рис. 14.3. Конструкція перетворювача ПД-502У2

Рис. 14.4. Конструкція перетворювача ПД-502 У2

140