§ 59. Однопостовые и многопостовые источники питания

Генераторы постоянного тока подразделяются: по количеству питаемых постов - на однопостовые и многопостовые; по способу установки - на стационарные и передвижные; по роду привода - на генераторы с электрическим приводом и генераторы с двигателями внутреннего сгорания; по конструктивному выполнению - на однокорпусные и двухкорпусные.

По форме внешних характеристик сварочные генераторы могут быть с падающими внешними характеристиками; с жесткими и пологопадающими характеристиками; комбинированного типа (универсальные генераторы, при переключении обмоток или регулирующих устройств которых можно получить падающие, жесткие или полого падающие характеристики).

Наибольшее распространение получили генераторы с падающими внешними характеристиками, работающие по следующим трем основным схемам:

генераторы с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой;

генераторы с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения; генераторы с расщепленными полюсами.

Ни один из трех видов генераторов с падающими внешними характеристиками не выделяется существенными преимуществами как по технологическим, так и по энергетическим и весовым показателям.

Генераторы с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой (рис. 81, а). Генератор Г имеет две обмотки возбуждения: обмотку независимого возбуждения НО, питаемую от отдельного источника через сеть переменного тока и полупроводниковый выпрямитель, и последовательную размагничивающую обмотку РО, включенную последовательно с обмоткой якоря. Ток в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом Р. Магнитный ток Фн, создаваемый обмоткой независимого возбуждения, противоположен по своему направлению магнитному потоку Фр размагничивающей обмотки. При холостом ходе, т. е. когда сварочная цепь разомкнута, э. д. с. генератора определяется по формуле Е = С×Ф_н, где Е = э. д.с. (электродвижущая сила); С - постоянная составляющая генератора; Фи - магнитный поток обмотки независимого возбуждения.

Рис. 81. Принципиальная электрическая схема сварочного генератора: а - с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой; б - с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмоткой; Г - генератор, Р - реостат, НО - обмотка независимого возбуждения, РО - размагничивающая обмотка

При замкнутой цепи сварочный ток проходит через последовательную обмотку РО, создавая магнитный поток Фр, противоположно направленный магнитному потоку Ф_н. Результирующий поток Фрез представляет разность потоков Ф_ез= Ф_Н - Ф_р. С увеличением тока в сварочной цепи Ф_р будет увеличиваться, а Ф_рез, э. д. с. и напряжение на зажимах генератора - падать, создавая падающую внешнюю характеристику генератора.

Сварочный ток в генераторах этой системы регулируется реостатами Р и секционированием последовательной обмотки, т. е. изменением числа ампер-витков.

Отечественной промышленностью выпущены сварочные преобразователи ПСО-120, ПСО-500, ПСО-315М, ГД-502, укомплектованные генераторами с независимым .возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой ГСО-120, ГСО-500, ГСО-800 и ГС-1000-11.

Основные технические данные преобразователей с генераторами, работающими по данной схеме, приведены в табл. 23.

Для получения жесткой внешней характеристики последовательные размагничивающие обмотки переключаются так, чтобы они действовали согласованно с обмоткой независимого возбуждения. По такой схеме работают сварочные преобразователи ПСГ-350, ПСГ-500, с генераторами ГСГ-350 и ГСГ-500 соответственно.

Основные технические данные преобразователей с генераторами, работающими по данной схеме, приведены в табл. 24.

Генераторы с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения (рис. 81 ,б). Отличительной особенностью генераторов такой схемы является использование принципа самовозбуждения. Для этого имеются две обмотки возбуждения (НО и РО) - в результате э. д. с. генератора индуктируется магнитным потоком обмотки, присоединенной к щеткам генератора а и с. Напряжение между этими щетками почти постоянно по величине, поэтому магнитный поток Ф_н практически не меняется. Обмотка генератора НО называется обмоткой независимого возбуждения.

При нагрузке (при сварке) сварочный ток проходит через обмотку РО, включенную так, что ее магнитный поток Ф_р направлен против магнитного потока Ф_н обмотки независимого возбуждения. При увеличении тока в сварочной цепи возрастает размагничивающее действие последовательной обмотки РО, а напряжение генератора становится меньше, так как э. д. с., индуктируемая в обмотке якоря генератора, зависит от результирующего магнитного потока генератора.

23. Технические характеристики преобразователей

При коротком замыкании магнитные потоки Ф_р и Ф_н равны, напряжение на зажимах генератора близко к нулю.

Падающая внешняя характеристика получается вследствие размагничивающего действия обмотки РО.

Плавное регулирование сварочного тока в генераторах этой системы осуществляется реостатами Р. Возможно также добавочное регулирование сварочного тока переключением витков сериесной обмотки возбуждения.

Схема допускает четырех полюсное исполнение генераторов, что позволяет упростить конструкцию и соответственно уменьшить массу.

По данной схеме работают наиболее распространенные преобразователи ПСО-ЗОО, ПС0500, ПС-500 с генераторами ГСО-ЗОО, ГСО-500, ГС-500 и некоторые другие сварочные агрегаты. Основные технические данные преобразователей с генераторами, работающими по этой схеме, даны в табл. 25.

24. Технические характеристики преобразователей

25. Технические характеристики преобразователей ПСО-ЗОО, ПСО-500, ПС-500-11

Рис. 82. Принципиальная электрическая схема генератора с расщепленными полюсами (а) и схема магнитных силовых полей (б)

Генераторы с расщепленными полюсами (рис. 82). У генераторов этой группы падающие внешние характеристики получаются в результате размагничивающего действия магнитного потока обмотки якоря (реакции якоря). Генератор Г имеет четыре основных магнитных полюса N₁, N₂, S₁, S₂ и три группы щеток a, b, c на коллекторе. В отличие от рассмотренных генераторов, у которых северные и южные магнитные полюсы чередуются между собой, у генераторов этой группы одноименные полюсы расположены рядом.

Каждую пару одноименных полюсов считаем одним, но расщепленным на два. Генераторы с расщепленными полюсами фактически являются двухполюсными. Вертикально расположенные полюсы называются поперечными, а горизонтальные - главными. Главные полюсы имеют вырезы для уменьшения площади поперечного сечения и всегда работают при полном магнитном насыщении, т. е. магнитный поток, создаваемый этими полюсами, при всех нагрузках остается неизменным. Магнитный поток полюсов, создаваемый обмотками НГ и НП, условно можно разделить на два потока Ф_г и Ф_п, замыкающиеся через определенные пары полюсов. Один магнитный поток имеет направление от северного полюса N₁ к южному S₁ и второй - от северного полюса N₂ к южному S₂. Э. д. с. якоря зависит от интенсивности магнитных потоков Ф_п и Ф_г. Чем интенсивнее магнитный поток, пересекаемый проводниками якоря, тем больше э. д. с.

При возбуждении электрической дуги через обмотку якоря проходит ток, который создает магнитный поток обмотки якоря (показан штриховыми линиями). Этот магнитный поток зависит от тока: чем меньше величина тока в обмотке якоря, тем меньше магнитный поток якоря. Магнитный поток якоря, который совпадает по направлению с магнитным потоком N₂, S₂ главных полюсов (направления магнитных потоков полюсов показаны стрелками), увеличивает его; направленный же в противоположную сторону магнитный поток Ф_п уменьшает его.

26. Технические характеристики преобразователей

Главные полюсы всегда работают при полном магнитном насыщении. Следовательно, магнитный поток якоря практически не может увеличить магнитный поток Ф_г, он может только уменьшить магнитный поток поперечных полюсов Ф_п. В момент короткого замыкания в сварочной цепи магнитный поток якоря имеет наибольшую величину и уменьшает результирующий магнитный поток до нуля, следовательно, э. д. с. генератора также равна нулю.

При отсутствии нагрузки в сварочной цепи (при холостом ходе) в обмотке якоря тока нет, магнитный поток якоря также отсутствует, поэтому поток Ф_п и, следовательно, результирующий магнитный поток имеют наибольшую величину, а генератор - наибольшее напряжение. Таким образом, вследствие размагничивающего действия магнитного потока обмотки якоря (реакции якоря) создается падающая внешняя характеристика.

По данной схеме (с расщепленными полюсами) в промышленности нашли применение преобразователи ПС-300М, ПС-300М-1, ПС-300Т с генераторами СГ-300М, СГ-300М-1, СГ-300Т и некоторые другие сварочные агрегаты. Основные технические данные преобразователей с генераторами, работающими по этой схеме, даны в табл. 26.

Генераторы с поперечным полем. У генераторов этого типа падающая внешняя характеристика обеспечивается размагничивающим действием магнитного поля якоря, а группа различных внешних характеристик осуществляется изменением величины воздушного зазора в магнитопроводе. В настоящее время эти генераторы не выпускаются.

Преобразователи для сварки в защитных газах. Для автоматической и полуавтоматической сварки в защитных газах необходимы сварочные преобразователи, обеспечивающие жесткие или возрастающие внешние характеристики. Для этой цели промышленность выпускает преобразователи ПСГ-350, ПСГ-500, а также универсальные преобразователи ПСУ-300 и ПСУ-500. Универсальные преобразователи типа ПСУ предназначены также для ручной дуговой сварки, наплавки и резки металлов постоянным током, поскольку обеспечивают получение крутопадающих внешних характеристик.

На рис. 83 показаны внешние характеристики преобразователей ПСУ-300.

Преобразователь ПСГ-500 конструктивно оформлен так же, как и описанный выше преобразователь ПСУ-500. Преобразователь ПСГ-500 (рис. 84) имеет однокорпусное исполнение. Двигатели у этих преобразователей одинаковые и различаются только измерительным прибором. Генератор преобразователя ПСГ-500 имеет на основных полюсах две обмотки возбуждения: одну независимую и другую последовательную, подмагничивающую. Электрическая схема преобразователя ПСГ-500 показана на рис. 85. Обмотка независимого возбуждения питается от сети переменного тока через феррорезонансный стабилизатор напряжения и блок селеновых выпрямителей ВС, обеспечивающих постоянное, не зависящее от колебаний напряжение сети, напряжение возбуждения. Напряжение на зажимах генератора плавно регулируется в пределах 15-40 В реостатом Р, включенным последовательно в цепь обмотки возбуждения. Якорь генератора имеет малую индуктивностъ, благодаря чему при коротком замыкании электрода с изделием быстро возрастает величина сварочного тока. Пределы регулирования величины тока 60 - 500 А.

Рис. 83. Внешние характеристики преобразователя ПСУ-300: 1 - крутопадающие, 2 - жесткие

Рис. 84. Конструктивное оформление общего вида преобразователя ПСГ-500

Рис. 85. Электрическая схема преобразователя ПСГ-500: Тр - трансформатор стабилизирующий, Г - генератор сварочный, ДЗГ - доска зажимов генератора, Д - двигатель, ДЗД - доска зажимов двигателя, ПК - пакетный выключатель, ВС - выпрямитель селеновый, Р - реостат цепи возбуждения, ДПД - доска переключения двигателя, У - вольтметр, К₃ - конденсатор защитный, К_с - конденсатор стабилизирующий

27. Технические данные преобразователей ПСГ-350, ПСГ-500

Основные технические данные преобразователей типа ПСГ приведены в табл. 27.

Универсальные сварочные преобразователи. Для ручной дуговой сварки и сварки на автоматах, снабженных авторегуляторами напряжения, автоматически воздействующими на скорость подачи электродной проволоки, требуются источники питания с падающими внешними характеристиками. Для питания автоматов и полуавтоматов с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, в том числе для сварки в углекислом газе и порошковой проволокой СП-2, необходимы генераторы с жесткими внешними характеристиками. Поскольку на заводах и монтажных площадках механизированные методы сварки используются в сочетании с ручной дуговой сваркой, поэтому требуются универсальные источники, обеспечивающие как падающие, так и жесткие внешние характеристики. Для этой цели разработана конструкция универсального сварочного преобразователя ПСУ-300, генератор которого имеет одну обмотку возбуждения. Внешние характеристики в этом генераторе создаются с помощью триода ПТ, включенного в цепь обмотки возбуждения ОВ, и обратной связи по току нагрузки (рис. 86). Он является четырехполюсным генератором постоянного тока нормального исполнения. Его обмотка возбуждения О В размещена на четырех главных полюсах и питается от устройства управления, размещенного на корпусе преобразователя.

Сварочная цепь и цепь обмотки возбуждения связаны между собой стабилизирующим трансформатором Гр, предназначенным для обеспечения динамических свойств генератора.

Рис. 86. Упрощенная электрическая схема универсального преобразователя ПСУ-300

28. Основные технические данные универсальных преобразователей

Величину сварочного тока регулируют реостатом - регулятором ДП, установленным на передней стенке управления. По мере роста сварочного тока сопротивление триода возрастает, ток возбуждения уменьшается, уменьшается и э. д. с. генератора, т. е. характеристика получается падающей. При переключении цепей управления внешняя характеристика становится жесткой.

Основные технические данные универсальных преобразователей даны в табл. 28.

Многопостовые сварочные преобразователи. Они предназначены для одновременного питания нескольких сварочных постов. В промышленности используются многопостовые преобразователи ПСМ-1000, ПСМ-500. Преобразователь

ПСМ-1000 имеет однокорпусное исполнение стационарного типа (рис. 87) и состоит из трехфазного асинхронного двигателя АВ-91-4 с короткозамкнутым ротором и шестиполюсного генератора СГ-1000 со смешанным возбуждением. Кроме шунтовой обмотки, на главных полюсах размещена последовательная обмотка для поддержания постоянного напряжения при увеличении нагрузки. Генератор имеет жесткую характеристику. Напряжение регулируется реостатом, включенным в цепь параллельной обмотки возбуждения.

Рис. 87. Габаритные размеры многопостового сварочного преобразователя ПСМ-1000

Рис. 88. Схема присоединения сварочных постов через балластные реостаты к сварочному преобразователю ПСМ-1000: А - амперметр, V - вольтметр, Ш - шунт, РР - реостат регулировочный, РБ - реостат балластный

Рис. 89. Схема балластного реостата РБ-300: R₁ - R₅ - сопротивление; 1-5 - номера рубильников

Падающая внешняя характеристика, необходимая для ручкой дуговой сварки, создается самостоятельно на каждом сварочном посту балластным реостатом типа РБ (этот реостат позволяет ступенчато изменять величину сварочного тока). Схема включения преобразователя ПСМ-1000 и балластных реостатов показана на рис. 88.

Основным недостатком многопостовых преобразователей является низкий к. п. д. сварочных постов. К преимуществам многопостовых преобразователей относятся: простота обслуживания, низкая стоимость оборудования, небольшая площадь для размещения оборудования и высокая надежность в эксплуатации.

Балластные реостаты. Балластный реостат служит для ступенчатого регулирования величины сварочного тока. Он состоит из нескольких элементов сопротивления, изготовленных из коистантановой проволоки с высоким омическим сопротивлением и включенных в сварочную цепь с помощью рубильников.

Схема наиболее распространенного балластного реостата РБ-300 показана на рис. 89. Балластным реостатом РБ-300 сварочный ток регулируется в пределах от 15 до 300 А.

Если для сварки требуется величина тока более 300 А, то следует включать параллельно два балластных реостата. При параллельном соединении двух реостатов сила тока увеличивается в 2 раза, т. е. для двух реостатов РБ-300 максимальный ток будет 600 А.