Богодухов С.И., Бондаренко Е.В., Проскурин А.Д. и др. Материаловедение и технологические процессы машиностроительного производства. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

291

сварочного тока осуществляется перемещением обмоток. При увеличе-

нии расстояния ℓ между обмотками растет индуктивное сопротивление

трансформатора, что приводит к уменьшению напряжения на дуге и свароч-

ного тока. При уменьшении расстояния ℓ сварочный ток растет.

Наиболее круто характеристики падают при раздвинутых катушках

/ℓ = max/.

25.2.5 Сварочные трансформаторы ТДФ – 1001 и ТДФ – 1601

Трансформаторы предназначены для питания переменным током при

автоматической сварке под слоем флюса с автоматическим регулированием

скорости подач электродной проволоки. Имеют крутопадающие характери-

стики и обеспечивают двухступенчатое плавное регулирование сварочного

тока.

Трансформаторы стержневого типа с повышенным магнитным рассея-

нием, создаваемым специальным расположением обмоток и неподвижным

подмагничиваемым шунтом.

Упрощенная принципиальная схема показана на рисунке 25.6.

Рисунок 25.6 – Упрощённая схема трансформатора типа ТДФ

Трансформаторы типа ТДФ имеют первичную обмотку ω

; две после-

довательно включенных вторичных обмотки: основную (верхнюю) – ω

2в

, до-

полнительную (нижнюю) – ω

2н

, и шунт с обмоткой управления ω

Вторичные обмотки секционированы и могут переключаться на малые

«М» и большие «Б» токи. Плавное регулирование сварочного тока осуществ-

ляется путем изменения тока управления в обмотке шунта по заданной про-

грамме от блока управления через терристорный регулятор. Напряжение на

дуге у такого трансформатора определяется суммой электродвижущих сил

верхней и нижней вторичных обмоток.

292

••••

+==

BHД

EEUU

222

(25.5)

Нижняя часть вторичной обмотки намотана на первичную, поэтому ее

потоки рассеяния практически отсутствуют. Электродвижущая сила этой об-

мотки определяется основным потоком

2н

= f (Ф) = U

· к = U

, (25.6)

где U

- первичное напряжение,

- число витков первичной обмотки,

2н

– число витков нижней вторичной обмотки.

Она практически постоянна по величине. Верхняя часть вторичной об-

мотки вынесена на значительное расстояние от первичной и расположена по

другую сторону от шунта. Её ЭДС создается основным потоком «Ф», пото-

ком рассеяния «Ф

» и потоком, замыкающимся через шунт «Ф

».

2в

= ψ (Ф – Ф

– Ф

). (25.7)

С увеличением сварочного тока ЭДС этой части вторичной обмотки

падает, что обеспечивает получение крутопадающей внешней характеристи-

ки трансформатора.

Регулирование сварочного тока осуществляется ступенчато путем пе-

реключения секции верхней и нижней части вторичной обмотки переключа-

телем диапазонов.

На диапазоне малых токов «М» включается вся обмотка «2В» и часть

обмотки «2Н», на диапазоне больших токов «Б» - часть обмотки «2В» и вся

обмотка «2Н».

Плавное регулирование сварочного тока производится путем измене-

ния тока «I

» в обмотке управления с помощью электронного блока управле-

ния. Увеличение тока управления приводит к насыщению шунта, повыше-

нию его магнитного сопротивления, уменьшению потока «Ф

» и росту сва-

рочного тока.

При уменьшении тока управления сварочный ток уменьшается.

25.3

Порядок выполнения работы

25.3.1 Изучить конструкции, электрические схемы, способы регулиро-

вания сварочных трансформаторов типов «ТД» (трансформаторы для ручной

дуговой сварки) и ТДФ (трансформаторы для дуговой сварки под слоем

флюса) по материалам методического пособия и рекомендуемой литературе.

При подготовке к работе изучаемые материалы законспектировать.

25.3.2 Ознакомиться с методикой и провести исследования внешней

характеристики трансформатора ТД-500. К выполнению работы приступить

293

только после инструктажа по технике безопасности на рабочем месте.

25.3.3 Построить внешние характеристики трансформатора ТД-500 для

четырех предельных положений регулировочных устройств, установить типы

характеристик и пригодность трансформатора для питания дуги при ручной

дуговой сварке.

25.3.4 В процессе выполнения экспериментальных работ по исследова-

нию внешних характеристик трансформатора определить пределы регулиро-

вания сварочного тока.

25.4 Методические указания по исследованию внешних характери-

стик трансформатора ТД –500

Для исследования внешних характеристик трансформатора ТД -500 и

определения возможных пределов сварочного тока необходимо:

25.4.1 Установить в приспособление для крепления электродов два

графитовых электрода (стержень диаметром 15-20 мм и графитовый столбик)

и подключить к ним сварочные провода от трансформатора.

25.4.2 Установить минимальный ток трансформатора в режиме малых

токов, для чего переключатель диапазонов установить в положение «Малые

токи», а подвижную обмотку трансформатора вращением рукоятки поднять в

верхнее крайнее положение.

25.4.3 Включить трансформатор нажатием кнопки «Пуск» и записать

напряжение холостого хода.

25.4.4 Выключить трансформатор нажатием кнопки «Стоп». Устано-

вить зазор между электродами порядка 2-3 мм; включив трансформатор, воз-

будить дугу с помощью графитового стержня. Записать показания приборов

при рабочем режиме и выключить трансформатор.

25.4.5 Снять электродержатель с приспособления, закрепить в нем

медный электрод и замкнуть сварочную цепь на металлическую пластину,

установленную на столе. Включить трансформатор на 2-3 секунды и по пока-

заниям амперметра записать ток короткого замыкания. Выключить транс-

форматор.

25.4.6 Повторить опыты в соответствии с пунктами 3-5 для минималь-

ных токов в режиме больших токов, для чего установить переключатель диа-

пазонов в положение «Большие токи».

25.4.7 Повторить опыты в соответствии с пунктами 3-5 для макси-

мальных токов в режимах больших и малых токов.

25.4.8 При определении тока короткого замыкания на максимальных

токах в режиме больших токов тумблером, расположенным на приборной

доске, включить амперметр со шкалой 0-800 А, а в остальных случаях поль-

зоваться амперметром со шкалой 0-500 А.

25.4.9 Полученные результаты исследований внести в таблицу 25.1.

294

Таблица 25.1 - Результаты исследований внешних характеристик

трансформатора ТД –500

Холо-

стой ход

Рабочий

режим

Короткое

замыкание

Положение

вторичной

обмотки

Положение

переключателя

диапазонов

хх

кз

Верхнее Малые токи

Большие токи

Нижнее Малые токи

Большие токи

25.4.10 По результатам исследований построить внешние характери-

стики трансформатора и определить пределы регулирования сварочного то-

ка.

25.4.11 Сделать выводы о пригодности трансформатора для ручной ду-

говой сварки.

25.5

Содержание отчета по выполненной работе

25.5.1 Цель работы.

25.5.2 Назначение трансформаторов ТД-500 и ТДФ – 1001.

25.5.3 Электрические схемы трансформаторов ТД-500 и ТДФ – 1001.

25.5.4 Результаты исследований внешних характеристик трансформа-

тора ТД -500 по форме таблицы.

25.5.5 Внешние характеристики трансформатора ТД -500, построенные

по результатам исследований в форме графика паспортных характеристик

(рисунок 25.5) с указанием режимов сварки на минимальных и максималь-

ных токах.

25.5.6 Заключение о соответствии построенных внешних характерис-

тик паспортных данных трансформатора ТД – 500 (рисунок 25.5) и его при-

годности для питания дуги при ручной дуговой сварке.

25.5.7 Результаты определения пределов регулирования сварочного то-

ка трансформатора ТД - 500.

25.5.8 Выводы.

25.6 Контрольные вопросы

25.6.1 Как классифицируют источники питания по роду тока?

25.6.2 Какая принята система обозначения сварочного электрического

оборудования?

25.6.3 Что называется внешней характеристикой источника питания?

Их формы.

295

25.6.4 Какие способы регулирования сварочного тока применяются в

источниках питания сварочной дуги?

25.6.5 В чем сущность автоматического саморегулирования дуги при

сварке под флюсом с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки?

25.6.6 Какое напряжение холостого хода источников питания и поче-

му?

25.6.7 Какая внешняя характеристика источника питания считается

крутопадающей?

25.6.8 Какой сварочный ток считается номинальным?

296

26 Лабораторная работа № 26

Изучение источников питания сварочной дуги постоянного тока

26.1 Цель работы

26.1.1 Изучить устройство, конструкцию и принцип действия свароч-

ных преобразователей.

26.1.2 Исследовать внешнюю характеристику сварочного генератора

ПСО – 300.

26.1.3 Ознакомиться с конструкцией сварочных выпрямителей.

26.2 Основные сведения

26.2.1 Сварочные преобразователи

Сварочные преобразователи подразделяют на следующие группы: по

количеству одновременно подключенных постов – однопостовые, многопо-

стовые; по способу установки – стационарные, передвижные; по роду двига-

телей, приводящих генератор во вращение – машины с электрическим при-

водом, машины с двигателем внутреннего сгорания (бензиновые – САК и ди-

зельные – САД); по способу выполнения – однокорпусные, в которых гене-

ратор и двигатель вмонтированы в единый корпус; раздельные, в которых ге-

нератор и двигатель установлены в единой рамке, а привод осуществляется

через специальную соединительную муфту.

Сварочные преобразователи обладают следующими преимуществами

по сравнению с источниками переменного тока:

1) дуга постоянного тока горит более устойчиво из-за отсутствия зату-

ханий, связанных с изменениями полярности переменного тока.

2) ввиду высокой стабильности дуги постоянного тока обеспечивается

высокое качество сварки (отсутствие непроваров, включений и других де-

фектов);

3) при сварке постоянным током возможно применение всех выпускае-

мых промышленностью марок электродов;

4) источник питания постоянного тока менее чувствителен к колебани-

ям напряжения в сети, чем трансформатор;

5) сварочные генераторы удобны для использования в комплекте с дви-

гателями внутреннего сгорания (ДВС) при монтажных работах в местах, где

отсутствует электроэнергия.

Сварочные преобразователи состоят из приводного асинхронного элек-

тродвигателя трехфазного тока и сварочного генератора, расположенных в

общем корпусе. Преобразователи предназначены для работы в помещениях и

на открытом воздухе.

297

Основным механизмом преобразователя является источник питания

дуги – сварочный генератор. Наиболее распространены коллекторные гене-

раторы, в которых выпрямление электрического переменного тока, выраба-

тываемого генератором, осуществляется путем снятия его с коллектора по-

средством угольных щеток. В настоящее время используются коллекторные

генераторы с независимым возбуждением или самовозбуждением и последо-

вательной размагничивающей обмоткой.

На рисунке 26.1 показаны электрические схемы генераторов этой се-

рии. На подвижном корпусе генератора (рисунок 26.1 а) укреплены электро-

магнитные полюсы N и S (основные и дополнительные), а на общем валу с

электродвигателем находится якорь генератора «Я» с коллектором. При вра-

щении вала по коллектору скользят токосъемные щетки: основные «а» и «в»

(рисунок 26.1). В генераторе с независимым возбуждением и последователь-

ной размагничивающей обмоткой (рисунок 26.1 а) независимая обмотка воз-

буждения НО питается постоянным током от самостоятельного источника.

Последовательная обмотка РО питается постоянным током от щеток «а» и

«в». При пуске двигателя обмотка НО вызывает магнитный поток «Ф

», ко-

торый образует в обмотке якоря электродвижущую силу положительной по-

лярности со стороны полюсов «N» и отрицательной – со стороны полюсов

«S». К этим местам на коллекторе якоря подводятся токосъемные угольные

щетки «а» и «в». Таким образом, происходит выпрямление переменного тока,

вырабатываемого генератором.

При холостом ходе напряжение на зажимах генератора, согласно ГОСТ

304-82, по условиям безопасности сварщика, не должно быть больше 100 В,

что соблюдается в конструкциях отечественных коллекторных генераторов.

После зажигания дуги ток цепи якоря в последовательной обмотке воз-

буждения РО вызовет в полюсах генератора магнитный поток Ф

, который

будет направлен против магнитного потока Ф

независимой обмотки «НО».

Суммарный магнитный поток и ЭДС с увеличением тока будет уменьшаться

на зажимах генератора, получится крутопадающая внешняя характеристика.

Плавное регулирование тока производится сопротивлением (реостат)

«R», изменяющим ток «НО». При работе на диапазоне малых токов свароч-

ный кабель подсоединяют к зажиму 1 (см. рисунок 26.1 а), при работе на

диапазоне больших токов – к зажиму 2.

Принципиальная схема сварочного генератора с самовозбуждением и

параллельной обмоткой показана на рисунке 26.1 б, в.

Параллельная обмотка самовозбуждения «НО» питается током от ос-

новной «а» и дополнительной «с» щеток токосъемника якоря. При вращении

якоря в его обмотке индуктируется ЭДС за счет остаточного магнетизма

главных полюсов, и через щетки «а» и «с» в обмотку самовозбуждения начи-

нает поступать ток, образуя магнитный поток «Ф

», который дополнительно

индуктирует ЭДС в обмотке якоря, создавая через щетки «а» и «в» напряже-

ние холостого хода на выходных зажимах генератора. При сварке в обмотке

«РО» появится электрический ток, который образует размагничивающий

298

а) генератор с независимым возбуждением и последовательно размагничивающейся обмоткой;

б) сварочный генератор с возбуждением и параллельной обмоткой;

в) сварочный генератор с самовозбуждением;

г) генератор с самовозбуждением и с расщеплёнными полюсами.

Рисунок 26.1 - Принципиальные схемы сварочных генераторов

299

магнитный поток «Ф

», направленный против потока «Ф

» и уменьшающий

ЭДС генератора и напряжение на дуге. Совместные действия магнитных по-

токов «Ф

» и «Ф

» обеспечивают падающую внешнюю характеристику гене-

ратора. Регулировка сварочного тока осуществляется реостатом R в больших

и малых диапазонах.

Для получения жесткой характеристики магнитный поток «Ф

» на-

правляют в сторону потока «Ф

», и напряжение генератора не меняется при

нагрузке. На рисунке (26.1 в) показана схема генератора с самовозбуждени-

ем. Обмотка возбуждения питается током от якоря. Ток возбуждения и в на-

грузке регулируется резистором R.

Разновидностью генератора с самовозбуждением является генератор с

расщепленными полюсами.

Генератор (рисунок 26.1 г) имеет по два полюса одинаковой полярно-

сти, расположенные один за другим по окружности, но одноименные полюса

расщеплены. Главные горизонтальные полюса «S

» и «N

» имеют вырезы,

поэтому работают при полном магнитном насыщении. Каждая пара одно-

именных полюсов имеет параллельные намагничивающие обмотки «НГ» и

«НП». При вращении якоря в его обмотке индуктируется ток за счет остаточ-

ного магнетизма полюсов и через щетки «а» и «с» поступает в обмотки «НГ»

и «НП», увеличивая магнитный поток «Ф

» и «Ф

».

При возникновении дуги ток резко возрастает, увеличивая магнитный

поток самого якоря и реакции якоря Ф

ян

и Ф

яр

. Подмагничивающее действие

реакции якоря на усиление магнитного потока

главных полюсов мало

сказывается вследствие магнитного насыщения, поэтому напряжение на щет-

ках «а-с», питающих обмотки возбуждения, практически изменяется мало.

Размагничивающее действие реакции якоря Ф

будет сильно сказываться на

магнитном потоке «Ф

» в воздушном зазоре под поперечными полюсами.

При увеличении сварочный ток поменяет свой знак, размагничивая по-

ток главных полюсов и уменьшая напряжение до нуля при коротком замыка-

нии. Таким образом, создается падающая внешняя характеристика. Размаг-

ничивающая реакция якоря выполняет функцию последовательной размаг-

ничивающей обмотки. Регулирование сварочного тока осуществляется рео-

статом. Применяется также ступенчатое регулирование тока путем смещения

щеток в двух или трех фиксированных положениях.

26.2.2 Сварочные выпрямители

Сварочные выпрямители – это статические преобразователи энергии

трехфазной сети переменного тока в энергию выпрямленного (пульсирующе-

го) постоянного тока.

В настоящее время разработаны и выпускаются сварочные выпрямите-

ли: для ручной или механизированной дуговой сварки под флюсом, сварки в

защитной среде и другие. Их основные преимущества – высокий КПД и от-

300

носительно небольшие потери холостого хода; отсутствие вращающихся час-

тей и бесшумность в работе; равномерность нагрузки фаз; небольшая масса;

возможность замены медных проводов на алюминиевые. Однако продолжи-

тельные короткие замыкания представляют большую опасность, так как мо-

гут вывести из строя диоды. Кроме того, они чувствительны к колебаниям

напряжения в сети.

По основным технико-экономическим показателям сварочные выпря-

мители являются более прогрессивными по сравнению со сварочными пре-

образователями.

Сварочные выпрямители состоят из двух основных блоков: понижаю-

щего трехфазного трансформатора с устройством для регулирования напря-

жения или тока и выпрямительного блока. Кроме того, выпрямитель имеет

пускорегулирующие и защитные устройства, обеспечивающие нормальную

их эксплуатацию.

Выпрямление тока осуществляется по трехфазной мостовой схеме, со-

стоящей из шести плеч. В каждом плече моста установлены вентили, вы-

прямляющие оба полупериода переменного тока в трех фазах (рисунок 26.2)

В каждый момент времени ток проходит через два вентиля и, таким об-

разом, в течение одного периода происходит шесть пульсаций выпрямленно-

го тока, что соответствует частоте пульсации 300 Гц.

Сварочные выпрямители подразделяются на однопостовые с падаю-

щими, жесткими, пологопадающими и универсальными характеристиками и

многопостовые с жесткими характеристиками.

Падающая характеристика в выпрямителе создается включением в сва-

рочную цепь реактивной катушки или применением трансформатора с уси-

ленным магнитным рассеиванием, или балластным реостатом. Применяется

при ручной сварке.

Сварочные выпрямители с жесткими и пологопадающими внешними

характеристиками применяется при сварке плавящимся электродом в углеки-

слом газе, под флюсом, порошковой проволокой.

Сварочные выпрямители типов ВСУ и ВДУ являются универсальны-

ми источниками питания дуги. Они предназначены для питания дуги при ав-

томатической и полуавтоматической сварке под флюсом, в защитных газах,

порошковой проволокой, а также при ручной сварке. Выпрямители ВСУ,

кроме обычного трехфазного понижающего трансформатора и выпрямитель-

ного блока, имеют дроссель насыщения с четырьмя обмотками. Переключе-

нием этих обмоток можно получать жесткую, пологопадающую внешние ха-

рактеристики. Выпрямители ВДУ основаны на использовании в выпрям-

ляющих обмотках тиристоров. Схема управления тиристорами позволяет по

лучать необходимый для сварки вид внешней характеристики, обеспечивает

широкий диапазон регулирования сварочного тока и стабилизацию режима

сварки при колебаниях напряжения питающей сети.