zdg_konspect

Роботу генератора можна розглядати за його принциповою електричною схемою (рис.14.5).

Рис. 14.5. Електрична схема перетворювача ПД-502 У2

Конденсатори С1-С3 являють собою фiльтр для зменшення перешкод радiоприйому. Пакетний перемикач QF служить для запуску двигуна М в роботу. На дошцi Х2 передбачено з“єднання обмоток двигуна в «зiрку» напругою 380 В.

141

Обмотка збудження генератора НО живиться вiд мережi через трансформатори Т2 i Т3 i випрямний мiст VD5-VD8. Для живлення пiдмагнiчувальних обмоток трансформаторiв Т2 i Т3 застосовується трансформатор Т1 та випрямний блок VD1-VD4. Плавне регулювання струму зварювання i напруги неробочого ходу виконується реостатом R1 обмотки збудження, який змонтований на виносному пультi дистанцiйного керування. Зі зменшенням R1 струм пiдмагнiчування в обмотках III збiльшується, вiдбувається насичення залiза магнiтопроводiв трансформаторiв і, вiдповiдно, знижується струм намагнiчування в незалежнiй обмотцi збудження генератора. При цьому зварювальний струм буде знижуватись.

Стабiлiзацiя зварювального струму при коливаннях напруги мережi досягається за рахунок iндуктивно-ємнiсного перетворювача, тобто перетворювача джерела напруги в джерело струму, яке зiбране за схемою трифазної зiрки. Для цього в фази увiмкнені ємнiсть С4, трансформатори Т2 i Т3 і iндуктивнiсть у виглядi дроселя L. Таке з’єднання створює резонанс напруг мережi, внаслiдок чого струм в первинних обмотках трансформаторiв стабiлiзується. Крiм того, стабiлiзацiя струму досягається за рахунок зворотного зв’язку за напругою мережi, який вводиться в

схему iндуктивно-ємнiсного перетворювача через пiдмагнiчувальні обмотки III трансформаторiв Т2 i Т3. При збiльшеннi напруги мережi струм в пiдмагнiчувальних обмотках трансформаторiв зростає, що перешкоджає збiльшенню струму намагнiчування незалежної обмотки.

Ступiнчасте регулювання зварювального струму здiйснюється за рахунок зміни числа витків послiдовної обмотки ПР, яка виконана з вiдводами. При вмиканнi навантаження на клему «125» в дiапазонi малих струмiв зварювальний струм обмежується баластовим реостатом R2. Перемикання послiдовної розмагнiчувальної обмотки та баластового реостата здiйснюється на дошцi затискачів ДЗГ, де показанi граничнi значення зварювального струму, якi складають

125, 300 i 500 А.

142

ЛЕКЦІЯ 15

4.2.1. Генератори з паралельною намагнiчувальною i послiдовною розмагнiчувальною обмотками збудження

Конструктивнi особливостi та принципова електрична схема

Генератори входять до складу агрегатiв і перетворювачiв. Вони мають спадну зовнiшню характеристику i призначенi для ручного дугового зварювання, наплавлення, рiзання та частково для зварювання пiд флюсом.

На рис.4.1. показано будову магнiтної системи генератора з самозбудженням у виглядi чотирьох основних полюсiв iз звичайним чергуванням полярностi N-S- N-S i двох додаткових полюсiв пiвденної полярностi S-S для покращення комутацiї i зменшення iскроутворення.

Рис. 15.1. Конструкція генератора з самозбудженням

Намагнiчувальна обмотка НО розташована тiльки на основних полюсах полярностi N-N, а послiдовна розмагнiчувальна обмотка ПР – на полюсах S-S. Генератор має п’ять щiток, з яких двi з’єднанi щiтки «а» утворюють додатнiй, а двi щiтки «б» – вiд’ємний вихiд генератора. Мiж основними щiтками «а» i «б» є додаткова щiтка «с», яка використовується для живлення обмотки НО. Для полегшення розумiння принципу дiї джерела розглядається робота у виглядi

143

двополюсного генератора (рис.4.2 а). Він має паралельну намагнiчувальну обмотку НО на полюсi полярностi N i послiдовну розмагнiчувальну обмотку ПР на полюсi S. Магнiтнi потоки обмоток НО i ПР у виглядi потокiв ФН i ФР направленi назустрiч, а потiк реакцiї якоря ФЯ направлений за правилом “буравчика”. Додаткова щiтка “с” ніби дiлить якiр генератора на двi симетричнi частини, лiву «ас» i праву «сб». В полюсах непрацюючого генератора завжди існує залишковий магнетизм у виглядi потоку ФЗАЛ. Пiсля запуску генератора у витках якiрної обмотки пiд дiєю ФЗАЛ виникає залишкова ЕРС 3-5 В, яка i створює в намагнiчувальній обмотцi намагнiчувальний струм IН. В свою чергу IН викликає створення поступово наростаючого потоку намагнiчування ФН. Процесс самозбудження закiнчується при повному насиченi полюсiв генератора. Для цього необхiдно, щоб потоки ФН i ФЗАЛ збігалися з напрямком обертання якоря генератора.

Робота генератора i створення спадної зовнiшньої характеристики

Для аналiзу роботи в рiзних режимах розглядається взаємодiя магнiтних потокiв як в лiвiй, так i в правiй частинi генератора (рис.15.2.а).

Неробочий хiд.

Умови роботи генератора у даному режимi:

IН¹0, IД=0, тодi ФН¹0, ФР=0, ФЯ=0.

ЕРС в лiвiй частинi генератора (рис. 4.2 б) визначається як:

pn

де С-постiйна генератора, яка дорiвнює Na ,

де р-число пар полюсiв;

n-число обертiв генератора в хвилину; N-число активних проводiв обмотки якоря;

а-число пар параллельних гiлок якiрної обмотки; IН-струм в паралельнiй обмотцi збудження, А; WН- число виткiв паралельноi обмотки збудження;

Wр- число виткiв послідовної розмагнічувальної обмотки; Rμ-магнiтний опiр на шляху проходження магнiтного потоку Фн.

144

Рис. 15.2. Електромагнітна схема (а), електрична схема (б)генератора з самозбудженням і послідовною розмагнічувальною обмоткою

У правiй частинi генератора Есб=СФН/2=СIНWН/2Rμ. Сумарна ЕРС генератора

Еаб=Еас+Есб=СФН=СIНWН/Rμ=U20, (15.2)

де U20-напруга неробочого ходу генератора, В.

Виходячи з виразу (15.2) видно, що регулювання U20 можна проводити за рахунок змiни струму IН в паралельнiй обмотцi збудження.

Навантаження.

Умови роботи генератора в режимi навантаження:

IН¹0, IД¹0,тодi ФН¹0, ФР¹0, ФЯ¹0.

ЕРС в лiвiй частинi генератора:

Еас=С(ФН-ФР-ФЯ)/2=СIНWН/2Rμ-СIДWР/2Rμ-СIДWЯ/2Rμ. (15.3)

ЕРС в правiй частинi генератора

Есб=С(ФН-ФР+ФЯ)/2=СIНWН/2Rμ-СIДWР/2Rμ+СIДWЯ/2Rμ. (15.4)

При розрахунку генератора число виткiв розмагнiчувальної обмотки WР i число

145

виткiв якiрної обмотки WЯ добирають таким чином, щоб магнiтнi потоки цих обмоток ФР i ФЯ компенсували один одного, тобто WР≈WЯ. Тодi сумарний магнiтний потiк на дiлянцi мiж щiтками «с-б» залишається таким, як i при неробочому ходi, i отже ЕРС Есб практично не змiнюється порiвняно з ЕРС в режимi неробочого ходу. При цьому забезпечується незалежнiсть збудження вiд струму навантаження.

Сумарна ЕРС на основних щiтках генератора буде рiвна

Еаб=Еас+Есб, або

Еаб=СIНWН/Rμ-СIДWР/2Rμ-СIДWЯ/2Rμ=U20-СIДWР/2Rμ-СIДWЯ/2Rμ. (15.5)

де IДRА - падіння напруги за рахунок активних опорiв генератора (провiдникiв якоря, колекторно-щiточних пристроїв, з’єднувальних проводiв). Тодi

UГ=U20-СIДWР/2Rμ-СIДWЯ/2Rμ-ІДRА=UД. (15.7.)

З рiвняння (15.7) бачимо, що з ростом струму навантаження IД напруга генератора UГ зменшується, що свiдчить про спадну зовнiшню характеристику. Спадна характеристика утворюється за рахунок розмагнiчувальної дiї магнiтних потокiв серiєсної (розмагнічувальної) i якiрної обмоток, а також частково за рахунок падiння напруги IДRА генератора.

Iз спiввiдношення (15.7) за умови Wр≈WЯ визначається струм навантаження:

Плавне регулювання струму виконується за рахунок змiни напруги неробочого ходу генератора U20, рівень якої в основному визначається величиною струму намагнiчування IН в паралельнiй обмотцi збудження за допомогою реостату R. Оскiлькi кратнiсть регулювання U20 обмежена умовами надiйного самозбудження, то i кратнiсть плавної змiни зварювального струму IД maх/IД min невелика i складає приблизно 2,-2,5. Ступінчасте регулювання струму забезпечується за рахунок змiни числа виткiв послiдовної розмагнiчувальної обмотки WР. Якщо WР=100% - ступiнь малих струмiв, при WР=40% - ступiнь великих струмiв.

Коротке замикання

Виходячи з того, що вольт-амперна характеристика генератора спадна, то UГ =Uд ≈ 0. Тому

146

В режимi короткого замикання так само, як i в режимi навантаження плавне регулювання струму ІК.З.. здiйснюється змiною U20 за допомогою реостату R за рахунок регулювання струму збудження IН. Ступінчасте регулювання струму ІК.З.. виконується шляхом змiни числа виткiв WР послiдовної обмотки.

Графiки зовнiшнiх характеристик генератора наведені на рис.4.4.

Рис. 15.3. Зовнішні характеристики генератора із самозбудженням

При невеликих значеннях струму навантаження сумарний магнiтний потiк ФР i ФЯ буде менше потоку ФН. Тодi з рiвняння (15.3) Еас>0, отже ЕРС Еаб мiж основними щiтками «а-б» буде більше 0. При визначенiй величинi зварювального струму настає момент, коли ФР+ФЯ стає рiвною (за абсолютною величиною) потоку ФН. При цьому ЕРС на щiтках «а-с» спадає до нуля, а Еаб=Есб (точка В, рис.15.4.). З подальшим ростом струму навантаження, коли ФР+ФЯ>Фн напруга на щiтках «а-с» змiнює свiй

знак i Еаб=Есб-Еас.

15.2. Конструкцiя зварювальних генераторiв, агрегатiв i перетворювачiв

Генератори із самозбуджуванням використовуються у складi зварювальних агрегатiв, перетворювачiв.

Розглянемо конструкцiю одного iз агрегатiв на прикладi АДД-303У1 (рис.15.4).

147

Рис. 15.4. Конструкція агрегата АДД-303 У1

Вiн складається з генератора-1 типу ГСО-300-12У2 i дизельного двигуна-5 типу Д-144-80, з’єднаних в єдиний блок за допомогою фланцевого з’єднання. Генератори та двигуни закрiпленi на металевiй рамi-7 на гумових амортизаторах. Генератор має двi пари основних N-S i пару додаткових полюсiв S. Паралельна намагнiчувальна обмотка НО розмiщена на N полюсах, а послiдовна розмагнiчувальна ПР – на полюсах S, завдяки чому зменшується взаємна iндуктивнiсть обмоток i значно покращуються динамiчнi властивостi генератора.

Агрегат має металевий кожух-3, паливний бак-2, який забезпечує безперервну роботу агрегату протягом 4,5 годин. Для нормальної роботи передбачена апаратура керування, контрольно-вимiрювальні прилади, якi розмiщенi на пультi керування- 4. Двигун чотирицiлiндровий з повiтряним охолодженням, з генератором, стартером i електричними датчиками. Двигун запускається за допомогою двох акумуляторних батарей-6.

За такою самою схемi працюють генератори в зварювальних перетворювачах для ручного дугового зварювання типу ПСО-300-5У2, ПСО-315-МУ2 i ПС - 500, який випускався ранiше.

148

ЛЕКЦІЯ 16

16.1. Призначення та особливостi IДЗ плавким електродом

При iмпульсно-дуговому зварюваннi плавким електродом здiйснюється кероване перенесення електродного металу, що дозволяє у 3-8 разiв пiдвищити продуктивнiсть працi, значно знизити зварювальнi напруження i деформацiї порiвняно із зварюванням неплавким електродом. Цей метод може застосовуватись для зварювання конструкцiй вiдповiдального призначення із рiзних марок сталей, алюмiнiєвих, нiкелiєвих сплавiв i титану товщиною 1 мм i бiльше при накладаннi швiв в усiх просторових положеннях.

При зварюваннi плавким електродом на краплю електродного металу дiють такi сили: (рис.16.1),

Рис. 16.1. Дія сил на краплю електродного металу при ІДЗ плавким електродом

де FЕР – радіальна складова електродинамiчної сили FЕД;

-FПН - сила поверхневого натягу;

-FР - реактивна сила;

-FТ сила тяжiння;

- FEO - осьова складова електродинамічної сили FЕД.

149

Електродинамiчна сила FЕД виникає в результатi радiального стиснення краплi електромагнiтним полем, її радiальна складова FЕР, пропорцiйна квадрату сили струму, намагається перетиснути шийку краплi, а осьова складова FЕО – вiдкинути краплю до зварювальної ванни. Сила поверхневого нагягу FПН викликана молекулярним зчепленням краплi з електродом i заважає її вiдокремленню так само, як i реактивна сила FР, що створюється в результатi реакцiї випаровування металу краплi. Сила тяжiння FТ в залежностi вiд просторового положення зварювального шва може сприяти (нижнє положення) або заважати (стельове положення) вiдокремленню краплi. Вона проявляє свою дiю тiльки при великокрапельному перенесеннi металу, яке не знайшло практичного застосування через низьку стiйкость процесу зварювання i неякісне формування шва.

За характером горiння дуги розрiзняють зварювання при безперервному горiннi дуги i зварювання з перiодичними короткими замиканнями дугового промiжку. Зварювання з короткими замиканнями можливе як на великих, так i на малих струмах. В якостi захисного середовища може застосовуватись газ СО2 або аргон. Однак перенесення металу в такому випадку характеризується значним розбризкуванням i несплавленнями, якi створюють умови для зародження трiщин. Тому зварювання з короткими замиканнями не застосовується для конструкцiй вiдповiдального призначення.

Iмпульсно-дугове зварювання плавким електродом застосовується в основному при безперервному горiннi дуги з використанням у якості захисного середовища аргона або аргоноокислювальних сумiшей. Застосування таких газiв обумовлено тим, що зварювання при безперервному горiннi дуги можливе за умови FЕД>FР. У середовищi вуглекислого газу IДЗ не застосовується.

При iмпульсному зварюваннi плавким електродом на базовий (постiйний) струм перiодично накладаються iмпульси струму з частотою в декiлька десяткiв герц, що призводить до зростання електродинамiчної сили i, вiдповiдно, до вiдокремлення краплi. Вiдбувається кероване перенесення електродного металу з частотою перенесення рiвною або кратною частотi iмпульсiв.

16.2. Вимоги до джерел для IДЗ плавким електродом

На рис.16.2 зображена крива струму при IДЗ плавким електродом з такими основними параметрами:

150