6.051201.1212.06.03.

НУК

10

Листів

Літ.

«Джерела живлення для дугового зварювання»

1

Лист

Дата

Підпис

№ Докум

Лист

Зм.

2 Арк. Лист 6.051201.1212.06.03. Зм. Дата Підпис № Докум bbbbbbbbbbbhh Лабораторная работа №3

Тема: Джерела живлення для дугового зварювання

Мета роботи:

1. Вивчити принципову будову типових джерел живлення дуг постійного та змінного струму.

2. Вивчити способи формування зовнішніх вольт-амперних характеристик і регулювання вихідних джерел живлення.

3. Експериментально зняти зовнішні характеристики трансформатора ТДМ-317 і інверторного джерела постійного струму PS-5000.

Загальна характеристика джерел живлення

Джерела живлення зварювальної дути - електричні машини й апарати, що забезпечують живлення дуги струмом, підтримку стійкого лугового розряду. Конструкція і параметри джерела живлення залежать від його технологічного призначення: ручного зварювання покритим електродом, механізованого зварювання плавким електродом чи піл флюсом. Джерело, призначене для живлення струмом однієї дуги, називається однопостовим. У цехах з великим числом зварювальних постів доцільно використовувати багатопостові джерела.

У якості джерел змінного струму в суднобудуванні використовують зварювальні трансформатори і спеціалізовані установки на їхній основі для зварювання методом TIG і для електрошлакового зварювання; як джерела постійного струму - зварювальні випрямлячі і чашини перетворювачі, а тахож спеціалізовані джерела на базі випрямлячів для плазмового зварювання і різання. Особливу групу складають інверторні (високочастотні) джерела живлення.

Зварювальний трансформатор - апарат, що перетворює змінну напругу мережі в знижену, необхідну для зварювання, без зміни частоти. Це найбільш прості дешеві джерела, тому їх широко використовують при ручному зварюванні покритими електродами (ММА) та автоматичному зварюванні під флюсом.

Зварювальний машинний перетворювач - атлас собою комбінацію електродвигуна змінного струму і зварювального генератора постійного струму. Електрична енергія мережі змінного, що перетворює в механічну енергію електродвигуна, обертас вал генератора і перетворюється в електричну енергію постійного струму. Перетворювачі застосовують як для зварювання методом ММА так і для механізованого зварювання захищеною дугою (під флюсом таMIG/MAG).

Зварювальний випрямляч - апарат, що перетворює змінну напругу мережі у постійну знижену, необхідну для зварювання, шляхом випрямлення її за допомогою напівпровідникових вентилів. Це найбільш досконалі джерела живлення, що одержали широке застосування для різних способів зварювання і різання.

Інверторне джерело живлення - перетворює напругу мережі промислової частоти в змінну чи постійну, що використовується для зварювання, за допомогою спеціального електронного перетворювача інвертора.

Джерело живлення, зварювальна дуга і з`єднуючи їх провідники утворюють слини енергетичну систему, стійка робота якої визначається відповідністю вольт-амперних характеристик її нелінійних елементів: джерела живлення і дути.

3

Арк.

Лист

6.051201.1212.06.03.

Зм.

Дата

Підпис

№ Докум

bbbbbbbbbbbhh

Графічне зображення залежності напруги в дузі від сили струму в ній при незмінній довжині дуги називається статичною характеристикою дуги (СХД), а напруга на затисках (клемах) джерела живлення і силою струму, що діє на зварювальне коло при навантаженні - зовнішньою характеристикою джерела живлення (ЗХДЖ) (рис 1.1.).

Вольт-амперні характеристики дути і джерела живлення можуть мати три різновиди:

1. Спадна – зі збільшенням сили струму напруги знижується;

2. Жорстка (полого спадна) - зі збільшенням сили струму напруга практично не змінюється;

3. Зростаюча - іі збільшенням сили струму напруга також збільшується.

Умови стійкої роботи системи "джерело живлення - дуга" звичайно записують в наступному виді:

де Uд, Uдж – напруга дуги і джерела в сталому режимі; Iд, Iдж – струм дуги і джерела в сталому режимі; kcт – загальний динамічний опір дуги і джерела.

Цими умовами визначається вибір зовнішньої характеристики джерела живлення в залежності від виду статичної характеристики дуги:

1. Якщо СХД спадна (дUд/дI<0), то для стійкого горіння дуги потрібно джерело живлення тільки зі спадними ЗХДЖ (дUдж/дI<0). причому крутість спадання ЗХДЖ в робочій точці повинна бути більшою за характеристику дуги.

2. При наявності жорсткої СХД (дUд/дI=0) джерело живлення повинне мати спадну ЗХДЖ (Uдж/I<0), однак крутість її спадання може бути будь-якою.

3. Для стійкого горіння дуги зі зростаючою СХД(дUд/дI>0) принципово можуть бути використані джерела живлення з будь-якою ЗХДЖ. крім тих, у яких власна зростаюча характеристика мас крутість підйому більше, ніж СХД.

Практично для зварювання ММА та TIG застосовують джерела з круто спадними зовнішніми характеристиками; для зварюванні MIG / MAG. а також під флюсом товстим електродним дротом - джерела з полого спадною зовнішньою характеристикою: для зварювання порошковим дротом - джерела з полого спадними вольт-амперними характери стиками. Усі зварювальні джерела живлення забезпечуються пристроями регулювання вихідних параметрів: напруга на клемах і струму зварювання. При ручному зварюванні регулювання зводиться до зміни напруги холостого ходу U₀ і повного опору джерела Z (рис. 1.2.); при механізованому зварюванні джерелом регулюють напругу дуги, сила струму в цьому випадку задається швидкістю подачі електродного дроту. Діапазон регулювання струму зварювання показує технологічні можливості джерела живлення й оцінюється коефіцієнтом кратності регулювання струму ki=Imax/Imin при U = U_p. Для джерел живлення, що працюють на струмах до 630 А, робоча напруга визначається наступною залежністю: U_{p =} 20+0,04 Ір.

4

Арк.

Лист

6.051201.1212.06.03.

Зм.

Дата

Підпис

№ Докум

bbbbbbbbbbbhh

Однопостовий зварювальний трансформатор і механічний регулюванням

зварювального струму ТДМ-317

Пересувний трансформатор із круто спадною зовнішньою характеристикою призначений дія ручного зварювання, різання і наплавлення однофазним змінним струмом частотою 50 ГЦ.

Трансформатор складається з магнітапровода. на стрижнях якою встановлені нерухома первинна і рухлива вторинні обмотки. За рахунок переміщення вторинної обмотки за допомогою ходового гвинта, що обертається рукояткою. змінюється відстань між обмотками і. як наслідок, плавно регулюється опір трансформатора і сили зварювального струму.

Схема з'єднання котушок обмоток (рис. 1.3.) забезпечує два ступені зварювальних струмів. Попарне паралельне з'єднання відповідає, діапазону великих струмів (ВС), послідовне діапазону чалих струмів (МС). Перемикання діапазонів здійснюється перемикачем S ножового типу. Для визначення зниачення зварювального струму мається струмовказний механізм. Для зниження перешкод при роботі трансформатора в схемі передбачений ємнісний фільтр Сф.

Трансформатор закритий металевим кожухом, встановлений на металевій рамі і колесами. Спадна зовнішня характеристика трансформатора формується за рахунок спадання напруги на власному збільшеному індуктивному опорі трансформатора. Зв'язок між значенням напруги дути і сили струму визначається рівняннями:

5

Арк.

Лист

6.051201.1212.06.03.

Зм.

Дата

Підпис

№ Докум

bbbbbbbbbbbhh

де Xт= W2²/ R - індуктивний опір трансформатора. Тут - кутова частота змінного струму; R- опір на шляху магнітних потоків розсіювання.

Крутість спадання зовнішньої характеристики трансформатора назначається індуктивним опором Xт.

Однопостовий зварювальний перетворювач дла зварювання в захисних газах

Для зварювання в середовищі захисних газів при наявності централізованого електропостачання застосовують зварювальні перетворювачі (зварювальні генератора з приводним електродвигуном), а при відсутності централізованого електропостачання, у польових умовах - зварювальні агрегати (зварювальні генератори з привозом від двигуна внутрішнього згоряння).

Пересувний перетворювач ПСГ-500-1, який використовується для механізованого зварювання в захисних газах, складається з генератора ГСГ-500 і приводного трифазного асинхронного електродвигуна, змонтованих в одному корпусі.

Перетворювач ПСГ-500-1 мас жорстку зовнішню характеристику, що забезпечує стійке горіння зварювальної дуги.

Основна і додаткова обмотки генератора, що намагнічують залізо генератора, (рис. 1.4. а) одержують живлення від самого генератора, тому генератор ГСГ-500 відноситься до генераторів із самозбудженням.

Магнітна система генератора (рис. 1.4. б) складається з основних і додаткових полюсів, на яких розташовані обмотки збудження, внаслідок чого забезпечується надійне збудження генератора при мінімальній напрузі холостого ходу і безіскрова робота шліхового механізму.

ЕРС, яка наводиться в обмотці якоря магнітними потоками, що утворюються на самому генераторі:

Ег=с*Фг (1.3)

де с - постійна генератора; Фг - магнітний потік, пересічний нитками

обмотки якоря. Напруга на клемах генератора при навантаженні:

де ін - струм в обмотці, що намагнічує; Іг - зварювальний струм; W_H - число витків обмотки, що намагнічує; R - опір магнітного кола на шляху потоку Фг; R - сумарний електричний опір генератора.

6

Арк.

Лист

6.051201.1212.06.03.

Зм.

Дата

Підпис

№ Докум

bbbbbbbbbbbhh

Регулювання напруги на клемах генератора здійснюється за допомогою потенціометра Rв, ввімкнутого в коло обмотки збудження.

Однопостовий універсальний зварювальний випрямляч ВДУ-506

Пересувній випрямляч призначений для зварювання ММА. МIG/MAG, а також під флюсом. Такий широкий діапазон застосування забезпечується завдяки можливості формування як крутоспадних, так і зовнішніх характеристик за допомогою тиристорного перетворювача. Випрямляч входить у комплект зварювального обладнання для механізованого зварювання і може використовуватися для спільної роботи з роботом чи автоматичним маніпулятором.

Структурна схема випрямляча приведена на рис. 1.5., електрична силова схем- на рис. 1.6.

До складу випрямляча входить трифазний трансформатор Т1, з'єднаний з тиристорним випрямним блоком В1, що разом утворюють блок СТВ - силовий тиристорний випрямний блок. Первинні обмотки трансформатора Т1 включаються за схемою «трикутник», вторинна обмотка має дві секції W2-1 і W2-2 кожна з яких з'єднана в "зірку", а їхні нейтральні проводи утворюють позитивний і негативний полюси вихідної напруги.

Блок тиристорів В1 включений за подвійною трифазною схемою випрямленій зі зрівняльним реактором L1.

Блок фазового керування (БФК) тиристорами VS1-VS6 складається з вхідного пристрою, фазозсувного пристрою і підсилювача сигналів керування.

Блок завдання режиму (БЗР) призначений для установки необхідного технологічного режиму при самостійній роботі випрямляча або в комплекті з обладнанням для механізованого зварювання.

7

Арк.

Лист

6.051201.1212.06.03.

Зм.

Дата

Підпис

№ Докум

bbbbbbbbbbbhh

Блок зворотного зв'язку за струмом і напругою (Б33i^U) складається іp магнітного підсилювача датчика зварювального струму з робочими обмотками РО малопотужного випрямляча B2 і резистора R1 - формировача зворотного зв'язку по струму. Сигнал зворотного зв'язку за напругою знімається і клем МN. При роботі зі, складними характеристиками використовується зворотний зв'язок за струмом, а при роботі з жорсткими характеристиками - зворотний зв'язок за напругою.

Суматор (Σ) с пристроэм порівняння, який, у залежності від технічних вимог, виробляє сигнал керування, пропорційний зміні напруги мережі і сигналу зворотного зв'язку по струму і напрузі.

Сигналу з виходу суматора і блоку завдання режиму надходять на вхід блоку формування напруги керування (БФНК), що формує сигнал для блоку БФК і відповідно через тиристори VS1-VS6 блоку СТВ керує вихідними параметрами випрямляча.

Зварювальний дроссель L2 призначений для згладжування пульсацій випрямленої напруги і зменшення розбрискування металу при зварюванні.

Однопостове інверторне джерело живлення РS-5000

Головним блоком інверторного джерела РS-5000 є інвертор. Інвертор - пристрій, що складається з ключових елементів, що за визначеною функцією в часі (алгоритм комутації) з'єднують виводи входу і виходу даної електричної системи. У якості силовох ключових елементів використовують швидкодіючі транзистори, біполярні і польові транзистори.

На рис. 1.7. у спрщеному виді показаний принцип виконання силовою кола Інвертора по повномостовій схемі.

8

Арк.

Лист

6.051201.1212.06.03.

Зм.

Дата

Підпис

№ Докум

bbbbbbbbbbbhh

Вхідні виводи інвертора підключені до джерела постійного струму, а вихідні(змінний струми­ло навантаження При замиканні пари ключів К1 КЗ струм через навантаження протікає в напрямку, показаному суцільноюстрілкою. а при замиканні і пари ключів К2 -К4 (К1 і К3 у цей час розімкнуті) струм буде текти в зворотньому напрямку (показано пунктиром). Якщо керування ключами здійснюється так, що одна пара ключів, наприклад К1 – КЗ, комутується зі зсувом по фазі щодо іншої пари К2 - К4. причому кожна пара ключів замкнута півперіода, то вихідна напруга Інвертора має вид різнополярних імпульсів, частота яких визначається тимчасовими інтервалами і черговістю роботи ключів. У зварювальному Інверторі джерела РS-5000 цією напругою живиться обмотка силового знижуючого трансформатора. Гранична робоча частота інвертора залежить головним чином від швидкодії ключів. Чим вона вище, тим вище частота.

Інверторне джерело PS-5000 застосовується для ручного дугового зварювання покритими електродами, а також дія зварювання неплавким (вольфрамовим) і плавким електродом у середовищі захисних газів. Для зварювання неплавким електродом джерело комплектується додатковим блоком збудження дуги, а дія зварювання плавким електродом - блоком подачі електродного дроту.

Функціональна схема інверторного джерела зварювального струму РЯ-5000 показана на рис. 1.7.

Напруга мережі промислової частоти перетворюються вхідним випрямлячем у постійну. Ця напруга у свою чергу перетворюється за допомогою Інвертора в змінну підвищеної частоти (від одиниць додекількох кГц), що потім надходить на знижуючий високочастотний трансформатор. Вторинна обмотка трансформатора навантажена на діодний випрямляч, до виходу якого через дросель, що згладжує, підключені електрод і виріб.

Живлення трансформатора напругою високої частоти дозволяє істотно знизити витрати матеріалів, що йдуть на його виготовлення. Зменшення маси активних матеріалів сприяє істотному зниженню збитків потужності, а виходить, росту ККД.