04.04.20 749 ООПСК "Сварочные генераторы"

В рабочих тетрадях отчет подготовить в виде краткого конспекта в соответствии с планом (только выделенное жирным шрифтом).

Жду фотоотчеты проделанной работы.

ТЕМА: СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ.

1. Конструктивные особенности.

2. Назначение.

3. Принципы работы.

4. Электрические схемы.

5. Правила эксплуатации.

1. Конструктивные особенности,

Сварочные генераторы - генераторы постоянного тока с характеристиками, обеспечивающими устойчивое горение сварочной дуги. Состоит аппарат из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. Вращающаяся роторная обмотка пересекает электромагнитное поле, генерируемое полюсами статора. При вращении якоря в магнитном поле, в его обмотках возникает переменный ток. Далее этот ток поступает на коллекторы, где и происходит преобразование переменного тока в постоянный. Затем постоянный ток  попадает на угольные щетки, плотно прижатые к коллекторам, а со щеток уходит на зажимы, к которым присоединяются сварочные провода, ведущие к электроду.

В состав каждого генератора входит обмотка статора генератора – намагничивающаяся обмотка возбуждения. Питание обмотки может производиться двумя путями:

• от независимого источника – такой генератор является аппаратом с независимым возбуждением;

• от самого генератора – это генератор с самовозбуждением.

Кроме того, важной конструктивной частью любого генератора является последовательная обмотка возбуждения или размагничивающаяся, характеризующаяся небольшим количеством витков. Она состоит из нескольких секций. Использоваться могут не все секции, а только какая-то часть. Она последовательно соединяется с обмоткой ротора и дугой. В этой цепи протекает ток, сила которого одинакова во всех обмотках и дуге.

В первом типе вращение якоря обеспечивается электрическим двигателем, расположенным с ним на одном валу. Такие устройства называют сварочным преобразователем. В сварочных агрегатах вращающим устройством является двигатель внутреннего сгорания. Достоинство их заключается в возможности выполнения сварочных работ без внешнего источника электрического питания.

Генератор с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой работает по следующему принципу: обмотка независимого возбуждения питается от отдельного источника постоянного тока. Размагничивающая обмотка включена в сварочную цепь последовательно с обмоткой якоря. Для регулирования тока независимого возбуждения предусмотрен реостат. Направление витков обмотки независимого возбуждения и размагничивающей обмотки таково, что создаваемые ими магнитные потоки «Фн» и «Фр» противоположны по своему направлению. В результате наложения друг на друга двух магнитных потоков получается результирующий поток, равный разности их величин:

Фрез = Фн - Фр.

 Любой генератор может работать в различных режимах. Изменение режима работы генератора можно произвести путем плавного изменения  тока намагничивания.

Сварочные генераторы бывают одно-, двух- и четырехпостовые: от этого зависит, сколько сварщиков могут работать одновременно с одного агрегата.

1. Назначение.

Сварочный генератор применяется для генерирования тока, используемого для проведения ручной дуговой сварки. Также он может быть источником электроэнергии везде, где нет постоянного электроснабжения.

Оборудование для сварки при работе требует больших мощностей и потребляет большое количество электроэнергии. Но не всегда есть доступ к электросетям и необходимым мощностям. Сварочный электрогенератор выдерживает большие нагрузки без потери работоспособности, устойчиво к мгновенным перегрузкам, не оказывающим видимого влияния на исходные характеристики оборудования.

Сварочный генератор дает уменьшение на выходе напряжения при увеличении тока, это его основное отличие от других видов электрогенераторов. Именно это создает оптимальные условия для сварки.

Также сварочный генератор – прекрасный источник питания для любого электрооборудования. Розетки на панели позволяют подключить других потребителей.

Следует учесть, что аппарат не может быть использован и для сварки, и для подключения оборудования одномоментно. Это вызывает опасный перегруз генератора.

1. Принципы работы.

Оба типа генераторов имеют падающую вольт-амперную характеристику. Регулируя величины тока и напряжения, можно влиять на сварку. От силы тока зависит производительность сварки, при более высоких значениях плавление электрода идет быстрее. Повышение напряжения вызывает удлинение дуги и расширение ее конуса. Снижение напряжения вызывает обратный процесс.

Как работает генератор с независимым возбуждением

От внешнего источника обмотка генератора запитывается постоянным током. Реостат используется для регулировки величины силы тока в последовательной цепи обмоток возбуждения и размагничивающейся. Величина магнитного потока размагничивающейся обмотки находится в прямо пропорциональной зависимости от величины силы тока в сварочной цепи. А магнитный поток обмотки возбуждения остается неизменным. Это вызовет падение напряжения на зажимах генератора. У такого генератора падающая характеристика.

Генераторы с таким типом возбуждения предоставляют возможность неограниченной регулировки напряжения.

Как работает генератор с самовозбуждением

В таком генераторе запитывание обмотки возбуждения постоянным током проводится с ротора самого генератора. Штатное функционирование возможно лишь при условии сохранения постоянного напряжения на обмотке возбуждения, т.е. текущий режим сварки не должен на него влиять. Чтобы этого добиться на коллекторе (между основными) монтируется вспомогательная щетка для подключения обмотки.

На напряжение питания обмотки возбуждения в этом случае не влияет сила тока сварки. Размагничивающее действие последовательной обмотки проявляется под второй половиной полюсов. Генератор имеет падающую характеристику.

Правильное направление вращения ротора обозначено стрелкой на крышке генератора. Запуск генератора производится только по стрелке.

При правильном выборе направления вращения остаточное намагничивание полюсов дает возможность провести запуск. Если же направление вращения выбрано неправильно, это вызывает появление тока, текущего в противоположном направлении. Появившееся магнитное поле, увеличиваясь, в какой-то момент полностью компенсирует остаточное намагничивание. Если это допустить, то для запуска генератора придется подсоединить обмотку напряжения к внешнему источнику.

1. Электрические схемы.

Схема сварочного генератора может быть различной, и схемы эти отличаются друг от друга внешней характеристикой.

Основными видами генераторов, с этой точки зрения, являются

• сварочные генераторы с падающей внешней характеристикой

• сварочные генераторы с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой

• универсальные сварочные генераторы.

 Самым большим спросом пользуются сварочные генераторы с падающей внешней характеристикой, которые могут базироваться на одной из двух схем:

генераторы с независимым возбуждением

генераторы с самовозбуждением

 Сварочные генераторы преобразуют механическую энергию вращения якоря в электрическую энергию постоянного тока.

Сварочный генератор с независимым возбуждением и размагничивающей обмоткой.

Рис. 1 Схема сварочного генератора с независимым возбуждением и размагничивающей обмоткой

Отличительной особенностью такого генератора является то, что на магнитных полюсах расположены две обмотки возбуждения. Одна (намагничивающая) питается от постороннего источника тока (с независимым возбуждением), а по другой (размагничивающей) протекает сварочный ток.

Размагничивающая обмотка, играя роль сопротивления, включенного последовательно с дугой, обеспечивает падающую характеристику генератора, а при ее секционировании ступенчато регулирует величину тока.

Включение в работу всех витков размагничивающей обмотки дает ступень малых токов, а включение части витков - ступень больших токов.

П лавное регулирование сварочного тока осуществляется за счет изменения напряжения холостого хода, для чего служит реостат R в цепи намагничивающей обмотки. Увеличение сопротивления R приводит к снижению намагничивающего тока снижению потока намагничивания Фн, напряжения холостого хода генератора и, наконец, к уменьшению сварочного тока.

Генератор обеспечивает падающую внешнюю статическую характеристику только при вращении в одну сторону, указанную на корпусе стрелкой. В сварочных преобразователях необходимо контролировать правильное направление вращения электродвигателя до проведения сварки на холостом ходу.

Сварочный генератор с самовозбуждением и размагничивающей обмоткой

Главное отличие этого типа генераторов в том, что намагничивающая обмотка возбуждения питается не от постороннего источника, а от самого генератора. Поэтому они называются генераторами с самовозбуждением.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема и устройство магнитной системы четырех полюсного генератора с самовозбуждением

В коллекторных сварочных генераторах, кроме основных полюсов и обмоток, есть ещё две дополнительных полюса, на которых размещается по витку дополнительной последовательной обмотки. Это необходимо для компенсации магнитного потока реакции якоря и сохранения положения электрической нейтрали машины при изменении нагрузки.

Для нормальной работы генератора с самовозбуждением необходимо, чтобы напряжение, подаваемое на намагничивающую обмотку, не изменялось в процессе сварки, т.е. не зависело от режима сварки. С этой целью в генераторе установлена третья дополнительная щетка, которая располагается между двумя основными щетками.

Напряжение, питающее намагничивающую обмотку, оказывается независящим от сварочного тока. Падающая же характеристика генератора обеспечивается за счет размагничивающего действия размагничивающей обмотки, проявляющегося под второй половиной полюсов.

О собенность сварочных генераторов с самовозбуждением состоит в том, что их запуск возможен только при вращении якоря, в одном направлении, указанном стрелкой на торцевой крышке статора. Это связано с тем, что первоначальное возбуждение генератора при его запуске происходит благодаря остаточному намагничиванию полюсов.

При вращении якоря в противоположную сторону в обмотке возбуждения потечет ток обратного направления, который своим нарастающим магнитным полем в какой-то момент времени компенсирует остаточное намагничивание полюсов, т.е. суммарный магнитный поток под полюсами станет равным нулю. В этом случае для возбуждения генератора необходимо намагничивающую обмотку временно подсоединить к независимому источнику постоянного тока.

Вентильные сварочные генераторы

Сварочные генераторы этого типа появились в середине 70-х годов 20 века после освоения производства силовых кремниевых вентилей. В этих генераторах функцию выпрямления тока вместо коллектора выполняет полупроводниковый выпрямитель, на который подается переменное напряжение генератора.

В сварочных агрегатах применяются генераторы три типа конструкции генераторов переменного тока: индукторный, синхронный и асинхронный. В России сварочные агрегаты выпускаются с индукторными генераторами с самовозбуждением, независимым возбуждением и со смешанным возбуждением.

Рис. 3. Схема вентильного генератора с самовозбуждением

В индукторном генераторе неподвижная обмотка возбуждения питается постоянным током, но создаваемый ею магнитный поток имеет переменный характер. Он максимален при совпадении зубцов ротора и статора, когда магнитное сопротивление на пути потока минимально, и минимален при совпадении впадин ротора и статора. Следовательно, ЭДС наводимая этим потоком, тоже переменная.

Три рабочие обмотки расположены на статоре со сдвигом на 120°, поэтому на выходе генератора образуется трехфазное переменное напряжение. Падающая характеристика генератора получается за счет большого индуктивного сопротивления самого генератора. Реостат в цепи возбуждения служит для плавной регулировки сварочного тока.

Отсутствие скользящих контактов (между щетками и коллектором) делает данный генератор более надежным в эксплуатации. Кроме того, у него более высокий КПД, меньшие масса и габариты, чем у коллекторного генератора.

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема вентильного сварочного

генератора типа ГД-312 с самовозбуждением

Для обеспечения работы на холостом ходу питание обмотки возбуждения осуществляется от трансформатора напряжения, а для питания ее в режиме короткого замыкания – от трансформатора тока. В режиме нагрузки – сварки – на обмотку возбуждения подается смешанный сигнал управления пропорциональный части выходного напряжения и пропорциональный току. Вентильные генераторы выпускаются марки ГД-312 и применяются для ручной сварки металлов в составе агрегатов типа АДБ.

Рис. 5. Принципиальная схема сварочного генератора ГД-4006

В России выпускают несколько конструкций многопостовых агрегатов с количеством постов от 2х до 4х. На рынке представлены универсальные агрегаты для нескольких способов сварки или сварки и плазменной резки. В частности агрегат АДДУ-4001ПР.

Формирование искусственных ВСХ агрегата АДДУ-4001ПР обеспечивается тиристорным силовым блоком с микропроцессорным управлением. Более широкие технологические возможности обеспечивает применение в агрегатах инверторных силовых блоков, как например в агрегате Vantage 500.

1. Правила эксплуатации.

В процессе эксплуатации сварочного генератора необходимо следовать правилам безопасности, чтобы избежать поломки или повреждений, а также для эффективной работы.

До начала работы

1. Изучить инструкцию: правила подключения и эксплуатации сварочного генератора, его технические характеристики и требования по ТБ.

2. Осматривать генератор перед каждым запуском. Видимые внешние повреждения (вмятины, трещины, наличие странной жидкости) могут быть симптомом технических неисправностей.

3. Проверять детали двигателя (ребра цилиндра, головки): при обнаружении загрязнения необходимо очистить, так как это может привести к перегреву двигателя.

4. Заправить генераторную установку (поставляются без масла и топлива). После заправки проверить, нет ли пролива или перелива топлива. О такой неисправности свидетельствует наличие жидкости на стенках и внутри оборудования. Будьте внимательны: эти неполадки могут привести к воспламенению и взрыву.

Как подключить сварочный генератор

Для запуска выполните следующие действия:

• убедитесь, что к сварочному генератору не подключены приборы-потребители (их включают после старта);

• запустите оборудование как указано в руководстве по эксплуатации;

• прогрейте двигатель 3 минуты;

• осмотрите агрегат на предмет герметичности соединений его частей: корпуса двигателя, топливной системы и системы выхлопа;

• в случае срабатывания светового сигнала (контроля уровня масла) остановите двигатель, проверьте уровень масла и, если необходимо, долейте. Если после повторного запуска ситуация повторится, обратитесь к специалистам сервисного центра.

Во время работы: необходимо следить за техническими характеристиками сварочного генератора. К ним относятся:

• мощность кВт;

• сила сварочного тока;

• род тока: переменный и постоянный;

• а также характеристики, свойственные генераторам:

• вид топлива;

• тип системы охлаждения двигателя;

• частота вращения двигателя;

• количество фаз и другие.

Важно заземлять генератор во время его работы. Поскольку качество заземления зависит от ряда факторов, например, сезона, состава и влажности грунта, необходимо регулярно измерять сопротивление. Нормальной считается величина в пределах 10 Ом.

В процессе работы детали генератора могут нагреваться, а вращающиеся элементы двигателя могут ранить и бить током. Поэтому не прикасайтесь к агрегату открытыми участками тела и огородите его от детей и домашних животных.

В режиме сварки запрещено подключение к генератору любых нагрузок. Внимательно ознакомьтесь с инструкцией: для некоторых сварочных электростанций возможно подключение только ламп накаливания, мощностью, которая не превышает 10 % от номинальной.

Кроме этого существует несколько основных правил, которые надо соблюдать во время проведения сварочных работ. В первую очередь, регулярно осматривайте контакты, кабели, розетки агрегата на наличие повреждений и неисправностей, а также измеряйте заземление. При обнаружении неполадок не начинайте работу. Необходимо обратиться к специалисту для их устранения.

Рабочая одежда должна быть сухой, обувь выбирайте на толстой резиновой подошве. Снимайте все металлические украшения с тела: серьги, браслеты, цепи, кольца. Защищайте глаза и кожу от излучения с помощью специальной маски. Материал такой одежды - обычно кожа или брезент, - отлично защищает тело от излучений и устойчив при попадании частиц расплавленного металла.

Также рекомендуется иметь аптечку в доступном видном месте для оказания первой помощи.

Список используемых интернет ресурсов:

1. https://www.tss-s.ru/article/printsip-raboty-svarochnogo-generatora/?ELEMENT_CODE=printsip-raboty-svarochnogo-generatora

2. https://zdamsam.ru/a72885.html

3. http://electricalschool.info/main/electrotehnolog/746-svarochnye-generatory.html

4. http://stalevarim.ru/pub/shema-svarochnogo-generatora/

5. https://studopedia.ru/13_133570_svarochnie-generatori.html

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Сварочные генераторы являются составной частью вращающихся ис­точников питания. Их иногда называют машинными источниками питания (ИП). Вращающиеся ИП состоят из сварочного генератора и приводного двигателя, В качестве приводного двигателя используется либо электрический, либо двигатель внутреннего сгорания: бензиновый или дизельный.

Вращающийся ИП, состоящий из сварочного генератора и электродвигателя в однокорпусном исполнении называют сварочным преобразователем, а сварочный генератор в комплекте с отдельным двигателем, соединенным между собой муфтой сцепления, называют агрегатом, Агрегаты с двигателем внутреннего сгорания применяются в основном при ручной сварке в полевых условиях или монтаже, где отсутствует электрическая сеть питания.

В данном пособии изучаются только генераторы. Различают коллек­торные и бесколлекторные (вентильные) сварочные генераторы.

В сварочной технике применение генераторы: коллекторные - с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой; с самовозбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой; универсальный с независимым возбуждением; вентильные – с индукторным трехфазным генератором переменного тока повышенной частоты и трехфазной мостовой схемой выпрямления.

Требования к вращающимся источниками постоянного тока регламентируются ГОСТ 304-82 "Генераторы постоянного тока для дуговой сварки," ГОСТ 2402-82 "Агрегаты сварочные с двигателем внутреннего сгорания" и ГОСТ 7237-82 "Преобразователи постоянного тока для дуговой сварки". Эти источники обеспечивают легкое зажигание и устойчивое горение дуги. Существенным недостатком вращающихся источников является сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления, особенно коллекторных генераторов и приводных двигателей внутреннего сгорания. Они существенно дороже трансформаторов и выпрямителей. В связи с этим в настоящее время вместо коллекторных выпускаются вентильные генераторы. Однако, в народном хозяйстве парк коллекторных генераторов довольно велик, поэтому в учебном пособии рассмотрен в качестве примера лишь один представитель большого семейства коллекторных генераторов.

1. Коллекторные генераторы

Основными элементами сварочного коллекторного генератора пос­тоянного тока (рис. 1.) являются: статор с корпусом 1, четырьмя основными якорь с сердечником 6, в пазах которого уложена обмотка 5; коллектор 9, магнитными полюсами 4 и обмотками возбуждения 2 и 3; якорь с сердечником 6 набранный из медных изолированных пластин; четыре токосъемные щетки 8, а также выводные клеммы 7. На рисунке упрощенно показана только часть генератора. Отсутствует левая обмотка между щитками Щ1 и Щ2, однако этого достаточно для пояснения работы генератора.

а) б)

в) г)

Рис. 1. Принцип действия коллекторного генератора: а – конструкция; б- принципиальная схема; в - временные диаграммы тока в обмотках; г –кривая тока на клеммах генератора

Принцип преобразования механической энергии вращения якоря в электрическую энергию основан на явлении электромагнитной индукции. При движении проводника длиной ℓ со скоростью v в магнитном поле с индукцией В в нем возникает ЭДС е = Вℓv.

При пропускании тока по обмоткам возбуждения 2 и 3 в магнитной системе генератора возникает магнитный поток Ф, который замыкается по железу статора и якоря. Если привести во вращение якорь, то активные проводники его обмотки будут пресекать магнитные силовые линии потока, и в каждом из них будет возникать единичная ЭДС е1-е4. Направление "единичных" ЭДС определяется правилом левой руки.

При вращении якоря единичные ЭДС меняются как по величине, так и по направлению (см. рис. 1, в). У четырехполюсного генератора полный период изменения ЭДС приходится на половину оборота вращения якоря. Для уменьшения пульсаций ЭДС полюсным наконечникам придают форму, обеспечивающую постоянство потока в зазоре между полюсами и якорем. В результате кривая ЭДС приобретает трапециидальную форму.

Постоянство направления тока обеспечивается коллекторно-щеточным устройством. Для момента, изображенного на рис. 1 а, ЭДС всех проводников на участке между пластинами П3 и П1 коллектора совпадают по направлению, вызывая ток в нагрузке в направлении, показанном стрелкой. Для получения максимальной суммарной ЭДС Е_r=е1+е2+е3+е4 щетки Щ1 и Щ2 устанавливают так, как показано на рис. 1 а. Момент на рис. 1 в, соответствует интервалу Q₁-Q₂, с момента Q₂ сменится направление ЭДС е1 и е2, но под щеткой Щ1 к этому моменту окажется уже пластина П2, поэтому ток от щетки Щ1 к выводу и далее по нагрузке не изменит свое направление. Таким образом, коллекторно-щеточное устройство обес­печивает механическое выпрямление переменного тока обмотки якоря.

ЭДС на остальных участках обмотки якоря (между щетками Щ2 и Щ3, Щ3 и Щ4, Щ4 и Щ1) оказывается такой же, как и между Щ1 и Щ2. При этом щетки Щ1 и Щ3 под южным полюсом магнитной системы имеют положительный потенциал. Как следует из принципиальной схемы рис. 1 б, обмотка якоря образует четыре параллельные ветви, так. что общая ЭДС генератора равна ЭДС одного участка между любой парой щеток Е_r=е1+е2+е3+е4 (рис. 1 г).