5.2. Генераторы для ручной дуговой сварки

Наиболее распространены коллекторные генераторы, устройство которого показано на рис. 5.12.

Рис. 5.12. Устройство коллекторного генератора: 1 – вал якоря; 2 – подшипники; 3 – коллектор; 4 – узел токосъема; 5 – задний щит; 6 – якорь; 7 – обмотка возбуждения; 8 – кожух реостата; 9 – вентилятор; 10 – обмотка якоря; 11 – передний щит; 12 – магнитный полюс

В настоящее время используются коллекторные генераторы с размагничивающей последовательной обмоткой, выпускаемые в двух модификациях: с независимым возбуждением и с самовозбуждением.

Обмотка независимого возбуждения, создающая намагничивающий магнитный поток Фв, получает питание от выпрямительного блока V, включенного в силовую сеть через феррорезонансный стабилизатор напряжения СН (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Принципиальная схема и магнитная система генераторов с независимым возбуждением

Генератор имеет четыре основных полюса N-S-N-S и два дополнительных полюса полярности S₁–S₂.

При пуске приводного двигателя намагничивающий магнитный поток независимой обмотки образует в обмотка якоря электродвижущую силу (ЭДС) положительной полярности 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. После зажигания дуги ток якоря в последовательной обмотке возбуждения создает в полюсах генератора магнитный поток Фр, который будет направлен против магнитного потока Фв независимой обмотки.

В результате суммарный магнитный поток и ЭДС с увеличением сварочного тока будут уменьшаться и внешняя характеристика генератора будет крутопадающей. Плавное регулирование тока производится сопротивлением R_в, ступенчатое – изменением числа витков последовательной обмотки перемычкой 1-2-3.

По такой схеме работают генераторы преобразователей ПСО-120, ПСО-300А, ПСО-500, ПСО-800, ПД-501, ПД-502.

На рис. 5.14 приведена электросхема преобразователя ПД-501У2.

Рис. 5.14. Электросхема преобразователя ПД-501У2

Он состоит из генератора ГСО-500У2 и электродвигателя АВ2-71-2В. Генератор имеет 4 главных полюса и 2 дополнительных. На двух главных полюсах расположена обмотка независимого возбуждения ОВ, на главных и дополнительных –размагничивающие обмотки ОГП, ОДП. Обмотка ОВ питается от сети переменного тока через феррорезонансный стабилизатор напряжения ТS и селеновый выпрямитель VD . Первичная обмотка стабилизатора подключена к концам одной фазы двигателя, поэтому одновременно с его пуском включается цепь независимого возбуждения. Контурная и компенсационная обмотки TS имеют отводы, предназначенные для регулирования стабилизатора на заводе-изготовителе. В цепь контурной обмотки включен конденсатор С.

Величина сварочного тока зависит от тока возбуждения, а следовательно, и от величины напряжения холостого хода. Чтобы U₀ во всем диапазоне находилось в пределах 50...90 В, катушки последовательной обмотки возбуждения выполнены с отводами от части витков, позволяющими ослабить размагничивающее действие этой обмотки при больших токах. Плавное регулирование тока возбуждения, и, следовательно, U₀ и I₂ производится резистором R в цепи независимого возбуждения. Контроль за величиной сварочного тока осуществляется по амперметру, шунт которого включен в цепь якоря генератора.

Преобразователь ПД-502У2 имеет аналогичную схему (рис. 5.15), отличие состоит в том, что обмотка независимого возбуждения питается от сети через управляемый индуктивно-емкостный преобразователь напряжения. Он обеспечивает стабилизацию сварочного тока при колебаниях напряжения сети и собран по схеме трехфазной звезды. При этом в опережающую фазу включен конденсатор С, в следующую – первичные обмотки трансформаторов Т2 и Т3, в отстающую – дроссель L. При таком соединении возникает резонанс напряжения, благодаря чему ток в первичных обмотках трансформаторов мало зависит от колебаний напряжения сети.

Рис. 5.15. Электросхема генератора преобразователя ПД-502У2

Обмотка независимого возбуждения ОВ получает питание от сети через параллельно соединенные вторичные обмотки трансформаторов Т2 и Т3 и выпрямительный мост VD₂. Сварочный ток регулируется резистором R₂ за счет изменения постоянного тока, подмагничивающего магнитопроводы трансформаторов Т2 и ТЗ. Увеличение тока подмагничивания вызывает уменьшение тока возбуждения и соответственно снижение сварочного тока.

Стабилизация сварочного тока при колебаниях напряжения сети обеспечивается также за счет обратной связи по напряжению сети, вводимой в схему индуктивно-ёмкостного преобразователя. При увеличении напряжения сети ток, протекающий от Т1 через VD₁ и подмагничивающие магнитопроводы Т2 и Т3, повышается, препятствуя этим увеличению намагничивающего тока в обмотке ОВ. В результате ток возбуждения, а, следовательно, и сварочный ток не изменяются. Для уменьшения нижнего предела сварочного тока до 75 А к генератору подключен балластный резистор R. Переключение размагничивающей обмотки и балластного резистора производится на доске зажимов генератора, где указаны предельные значения тока: 125, 300 и 500 А. Плавное регулирование U₀ и I_СВ в пределах каждой ступени производится резистором в цепи обмотки возбуждения, который смонтирован на выносном пульте управления.

На рис. 5.16 приведена конструкция преобразователя ПД-502.

Рис. 5.16. Конструкция сварочного преобразователя ПД-502У2

Он состоит из сварочного генератора 2 и трехфазного асинхронного электродвигателя 9 типа 4АВ-180В2. Вся пускорегулирующая и контрольная аппаратура расположена в распределительном устройстве 4, установленном сверху генератора. На этом устройстве закреплены клеммы подключения сварочных проводов и электродвигателя 5, амперметр 7, пакетный выключатель двигателя 6, а также регулировочный реостат 8. Последний может быть вынесен к месту сварки на расстояние до 20 м.

Технические характеристики преобразователей этого типа приведены в табл. 22.

Таблица 22

Технические характеристики преобразователей с независимым возбуждением

Параметр	ПСО-120	ПСО-300А	ПСО-500	ПСО-800	ПД-501	ПД-502
Тип генератора	ГСО-120	ГСО-300А	ГСО-500	ГСО-800	ГС-500	ГСО-500
Номинальный сварочный ток, А	120	300	500	800	500	500
Напряжение холостого хода, В	70	75	86	90	85	90
Номинальный режим работы, ПВ/%	65	65	65	90	65	60
Номинальная мощность, кВ·А	7	9	20	28	20	30
Масса, кг	270	400	540	720	545	480

Генератор с самовозбуждением имеет параллельную намагничивающую обмотку возбуждения, которая получает питание от основной в и дополнительной с щеток токосъемника якоря (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Принципиальная схема и магнитная система генератора с самовозбуждением с падающими внешними характеристиками

При вращении якоря через щетки в и а в параллельную обмотку (самовозбуждения) начинает поступать ток, создавая магнитный поток Фв, который дополнительно индуктирует ЭДС в обмотке якоря, создавая через щетки а и в напряжение холостого хода на выходных зажимах генератора. При сварке в последовательной размагничивающей обмотке появится ток дуги, который создает размагничивающий магнитный поток Фр направленный против потока Фв и уменьшающий ЭДС генератора и напряжение на дуге. Совместные действия магнитных потоков обеспечивают падающую внешнюю характеристику генератора. Плавная регулировка сварочного тока осуществляется реостатом Rв, ступенчатая – переключением перемычкой 1–2–3 числа витков размагничивающей обмотки.

По такой схеме работают генераторы преобразователей ПД-101, ПСО-300, ПСО-315, ПС-500 и агрегатов АСБ-120, АСБ-300М, АДД-303, АДД-305, АСД-300М, АДБ-300-7, АДБ-309, АДБ-311.

Агрегаты серии АСД и АДД имеют дизельный двигатель модели Д144, серии АДБ – карбюраторный двигатель модели ЗМЗ-320-01.

Агрегат АДД-303 У1 (рис. 5.18) является типичным представителем источника с коллекторным генератором с самовозбуждением.

а) б)

Рис. 5.18. Агрегат АДД-303 У1 (а) и электромагнитная схема его генератора (б)

Он состоит из генератора 1 типа ГСО-300-12 У2 и дизельного двигателя 5 типа Д144-80, которые соединены в единый блок при помощи фланцевого сочленения и закреплены на металлической раме 7 с помощью резиновых амортизаторов. Вращающий момент передается от двигателя к генератору посредством упругой соединительной муфты. Агрегат имеет защитный металлический кожух 3 со съемными шторами. Под крышей расположен топливный бак 2 емкостью 22 литра, обеспечивающий работу агрегата при номинальной нагрузке не менее 4,5 часа. Аппаратура управления расположена на пульте 4. Двигатель – четырехцилиндровый с воздушным охлаждением, на нем установлены зарядный генератор, стартер, свечи накаливания и электрические датчики. Пуск двигателя осуществляется с помощью двух аккумуляторных батарей 6 типа 6СТ‑215ЭМ.

Генератор (рис. 5.18, б) имеет четыре основных (N) и (S) и два дополнительных (s) полюса. Последовательная обмотка имеется только на полюсах S, а параллельная – только на полюсах N. Благодаря этому уменьшается взаимная индуктивность обмоток и улучшается качество переходных процессов генератора. Диапазон больших токов получается при креплении сварочного кабеля к зажиму «+315», в результате чего уменьшается число витков последовательной обмотки, диапазон средних токов («+100») – при полном числе витков этой обмотки, диапазон малых токов («+45») – при включении балластного реостата. Плавное регулирование тока – реостатом в цепи параллельной обмотки, получающей питание от дополнительной щетки.

Технические характеристики преобразователей и агрегатов этого типа приведены в табл. 23.

Таблица 23

Технические характеристики преобразователей и агрегатов с самовозбуждением

Параметр	ПД-101	ПСО-300	ПСО-315	ПСО-500	АСБ-120	АСБ-300М
Тип генератора	ГД-101	ГСО-300	ГСО-300М	ГСО-500	ГД-120	ГСО-300М
Номинальный сварочный ток, А	100	300	300	500	120	300
Напряжение холостого хода, В	75	75	90	80	75	80
Номинальный режим работы, ПВ/%	65	65	65	65	65	65
Номинальная мощность, кВ·А	6	9	9	20	6	9
Масса, кг	250	400	390	940	465	565
Параметр	АДД-303	АДД-305	АСД-300М	АДБ-300-7	АДБ-309	АДБ-311
Тип генератора	ГСО-300	ГСО-300	ГСО-300-12	ГСО-300-5	ГД-303	ГД-305
Номинальный сварочный ток, А	300	300	300	300	300	300
Напряжение холостого хода, В	75	75	75	75	80	80
Номинальный режим работы, ПВ/%	65	65	65	65	65	65
Номинальная мощность, кВ·А	9	9	9	9	10	10

Промышленность выпускала также агрегаты с генераторами с самовозбуждением, отличающиеся от вышеописанных наличием четырех основных и четырех дополнительных полюсов и принципиальной электросхемой. Такие генераторы применяются в составе сварочных агрегатов ПАС-400, АСД-3-1, АСДП-500. Технические характеристики этих генераторов приведены в табл. 24.

Таблица 24

Технические характеристики агрегатов с генераторами с самовозбуждением

Параметр	ПАС-400	АСД-3-1	АСДП-500
Тип генератора	СГП-3	СГП-3	СГП-3
Тип двигателя	ЗИЛ-164	ЯАЗ-М204Г	ЯАЗ-Ы204Г
Номинальный сварочный ток, А	600	500	500
Напряжение холостого хода, В	85	90	90
Номинальный режим работы, Ш/%	65	60	60
Номинальная мощность, кВ·А	22	19	19
Масса, кг	2800	4400	4400

Промышленность выпускает также особые сварочные агрегаты для проведения работ в полевых условиях – ОСА-350, КОМБИ-300, Комби-М, Универсал, аварийные мастерские – АМ «ОСА»: АМ-01, АМ-02 и АМ-03, агрегат сварочный многопостовой АСМ-2, модуль сварочный МС-2. Внешний вид некоторых из них приведен на рис. 5.19.

Рис. 5.19. Внешний вид особых сварочных агрегатов

В последнее время разработаны вентильные сварочные генераторы (ВСГ). Наибольшее распространение получили вентильные сварочные генераторы типов ГД-312, ГД-314, ГД-316 и др. Они изготавливаются на базе трехфазной индукторной электрической машины.

Вентильный генератор ГД-316 У2 изображен на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Вентильный генератор ГД-316 У2

Он представляет собой двухпакетную индукторную машину повышенной частоты с выпрямительным блоком и распределительным устройством. Статор генератора представляет собой два пакета 4 из листовой электротехнической стали, закрепленных внутри трубчатого корпуса. В пазах обоих пакетов уложена трехфазная силовая обмотка 10. Ротор машины представляет собой массивный вал 9 с двумя зубчатыми пакетами из электротехнической стали. Зубцы одного пакета сдвинуты относительно другого на 22,5° (половину зубцового деления). Неподвижная обмотка возбуждения 5 размещается между пакетами ротора и жестко крепится к корпусу машины с помощью специальных пальцев. Выпрямительный блок 2 состоит из двух комплектов вентилей БВП-19-230, собранных по трехфазной мостовой схеме, он установлен в трубе, через которую вентилятор 8 протягивает поток воздуха для охлаждения вентилей и генератора в целом. Распределительное устройство собрано в коробке 1, здесь находятся трансформаторы и диоды системы возбуждения, доска зажимов для подключения сварочных проводов, переключатель диапазонов 7 и розетка 3 для подключения реостата 6 дистанционного регулирования тока.

Принцип действия генератора изучим по его схеме (рис. 5.21). Самовозбуждение индукторного генератора G при пуске обеспечивается остаточным магнитным потоком, который индуцирует в силовой обмотке ОС переменную ЭДС величиной 5–7 В. При помощи трансформатора напряжения Т1 эта ЭДС через вентили V1 и V2 прикладывается к обмотке возбуждения ОВ, по которой протекает ток, усиливающий магнитный поток возбуждения.

Рис. 5.21. Принципиальная схема генератора ГД-316 У2

ЭДС генератора постепенно увеличивается и достигает установившегося значения напряжения холостого хода, которое настраивается реостатом R1. С появлением нагрузки обмотку возбуждения через вентиль V4 начинает питать трансформатор тока Т2. С ростом тока нагрузки ЭДС трансформатора T1 снижается, а трансформатора T2 – увеличивается, что и гарантирует надежное возбуждение при любых режимах работы: от холостого хода до короткого замыкания. В те интервалы переменного тока, когда напряжение трансформаторов существенно снижается, ток в обмотке возбуждения поддерживается энергией ее магнитного поля, замыкаясь через диод V3, благодаря чему обеспечивается непрерывность возбуждения. Индуктированное в силовых обмотках трехфазное переменное напряжение выпрямляется диодными блоками VD1, VD2 и подается на нагрузку. От коммутационных перенапряжений блоки защищены резистором R3.

Естественные внешние характеристики (рис. 5.22) генератора с питанием обмотки возбуждения от одного только трансформатора T1 имеют форму 1 или 3, неблагоприятную для начального зажигания. Именно поэтому обмотку возбуждения питают еще и от трансформатора T2, вводя таким образом положительную обратную связь по току, которая должна компенсировать снижение ЭДС трансформатора T1 с ростом нагрузки, а также размагничивающее действие потоков рассеяния и реакции якоря. При положительной связи с ростом сварочного тока увеличивается ток возбуждения и ЭДС генератора, в результате чего формируются более пологие характеристики 2 и 4. Изменяя сопротивление реостата R2, тем самым меняют глубину обратной связи, т.е. регулируют ток. Грубое регулирование выполняется переключателем S, при его размыкании можно вместо двух параллельно работающих в каждой фазе силовых обмоток оставить под нагрузкой только одну. При этом вдвое увеличится индуктивное сопротивление генератора и уменьшится ток. На рис. 5.21 линиями 1, 2 показаны характеристики при использовании только одной обмотки в фазе, а линиями 3, 4 – при параллельном соединении обмоток.

Рис. 5.22. Внешние характеристики генератора ГД-316 У2

Другие конструкции вентильных генераторов мало отличаются от описанного генератора ГД-316.

Вентильные сварочные генераторы типа ГД, как выпускавшиеся ранее (ГД-308, ГД-311, ГД-312 и др.), так и производимые в настоящее время (ГД-2001, ГД‑2002, ГД-2501, ГД-2507, ГД-316, ГД-3121, ГД-4002, ГД-4003 и др.), входят в состав сварочных агрегатов с бензиновыми (АДБ-313, АДБ-317, АДБ-318, АДБ-3123, АДБ-3128, АДБ-4х2501 и др.) и дизельными (АДД-3115, АДД-3116, АДД-4002, АДД-4003, АДД-2х2501, АДД-4х2502, АДД-502, АДД-504 и др.), приводными двигателями внутреннего сгорания, а также в состав навесных сварочных установок (УСН, САТ и др.), в которых вращение генераторов осуществляется от приводов тракторов. Они предназначены в основном для питания одного поста при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов постоянным током в полевых условиях. Причем следует иметь в виду то, что вентильные генераторы типа ГД могут работать только при направлении вращения ротора, указанном заводом-изготовителем стрелкой. Их технические характеристики в составе этих агрегатов приведены в табл. 25, а внешний вид некоторых из них на рис. 5.23.

Как видно, промышленностью выпускается большое количество однопостовых генераторов, преобразователей и агрегатов с вентильными генераторами, которые различаются лишь типом приводного двигателя, номинальным током и частотой вращения, иногда также и способами регулирования. К примеру, генератор ГД-4003, благодаря введению положительной обратной связи по току имеет, кроме крутопадающих, пологопадающие и жесткие внешние характеристики.

Таблица 25

Технические характеристики генераторов, преобразователей, агрегатов

Марка генератора, преобразователя, агрегата	Ном. сварочный ток Iн, А	Пределы регулировки тока ΔI, А	Ном. рабочее напряжение Uн, В	Напряжение холостого хода U0, В	Номинальная мощность Wн, кВ·А	Габаритные размеры l×b×h, мм	Масса, кг	Предприятие
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Преобразователи и агрегаты с коллекторными генераторами
Д-310-У3Г	315	45-350	32,6	100	–	683×544×896	275	2
ГД-3120-У2	315	30-350	32,6	100	–	690×680×700	230	2
ГД-304У3	315	15-350	30	80	–	680×625×700	260	2
ГД-502У2	500	15-500	40	90	–	950l×500×750	400	8
ГД-502-1-У2	500	75-500	42	90	30	1010×650×935	480	8
А ДД-303-У1	315	45-315	32,6	100	29	1915×895×1400	930	9
АДД-305-У1	315	45-350	32,6	100	29	1850×950×1210	880	2
АДД-3112-У1	315	30-350	32,6	100	29	1860×950×1210	885	2
Вентильные генераторы и преобразователи
SG-180	180	30-180	–	–	–	430×270×550	50	2
ГД-2002	200	40-200	–	100	–	640×440×680	160	2
ГД-2507-У3	250	35-315	30	100	–	845×570×620	196	26
ГД-316-У3	315	35-350	32,6	100	–	846×570×620	196	26
ГД-4003-У2	300 400	70-300 15-400	32,6	100	–	845×540×603	245	2
ГД-4004-У2	400	35-430	36,6	90	–	790×450×610	196	26
ПД-1601	160	15-200	26,4		–	1080×456×656		2
ПД-3101-У2	315	30-375	32,6	90	–	1100×550×850	245	26
ПД-4001-У2	400	45-400			–	110×650×845	250	26
УД3-103-У2	160	30-350	26,4	100	–	810×456×685	183	26

Окончание табл. 25

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Агрегаты с вентильными генераторами
АДБ-1601-У1	160	40-160	–	–	5,8	1100×620×900	140	26
SA-180	180	30-180	–	–	–	900×630×750	110	2
АДД-2001	200	35-200	–	–	8,8	1300×700×850	–	26
АДБ-2502-У1	250	40-300	30	90	11,4	950×1626×1125	510	26
АДД-3114-У1	315	15-315	32	100	–	1900×950×1600	730	9
АДД-3115-У1	315	15-315	32	100	–	3300×2000×2500	1210	9
АДД-3116-У1	315	15-350	32	100	–	3300×2000×2500	1330	9
АДД-3119-У1	315	35-350	32,6	–	29	1870×950×1200	830	26
АДБ-3122-У1	315	15-350	32,6	100	29	1900×950×1420	670	2
АДБ-3123-У1	315	15-350	32,6	100	29	3300×2010×2320	1150	2
АДД-3123-У1	315	35-350	32,6	100	18,4	1626×950×1200	720	26
А ДБ-3126-У1	315	60-350	32,6	100	–	950×1600×1300	510	26
АДБ-3127	315	15-350	32	100	–	2100×1000×1300	640	2
АДБ-3128	315	15-350	32	100	–	3300×2000×2100	1030	2
АДБ-3129	315	45-350	32	100	–	2100×1000×1300	620	26
АДБ-3133-У1	315	45-350	32,6	–	23,2	1626×1000×1125	510	26
АДД-4001-М	315	15-315	32,6	100	17,6	1900×1000×1350	690	2
АДД-4002-У1	400	60-450	36	100	36,8	2010×3400×2200	1300	2
АДД-4003-У1
АДД-4004-У1	400	35-430	36	–	29	1870×950×1200	850	26
АС-2	315	60-315	32,6	100	–	1620×650×1070	580
АС-3	315 200	40-350 20-220	32,6 31	95 70	–	1180×650×935	465

Рис. 5.23. Внешний вид некоторых сварочных агрегатов

203

Агрегаты АС-2 и АС-3 имеют асинхронный генератор, у которого обмотка возбуждения встроена в маховик дизельного двигателя, а силовые обмотки расположены на статоре, охватываемом маховиком.

В состав преобразователя УДЗ-103 У2 кроме электродвигателя и вентильного генератора, входит еще устройство для заряда аккумуляторных батарей. В составе генератора SG-180 используется синхронный трехфазный генератор переменного тока.

Некоторые из указанных в табл. 25 агрегатов установлены на автомобильном прицепе, это агрегаты АДД-3115, АДД-3116, АДБ-3123, АДБ-3128, АДД‑4002, АДД-4003

Характерной чертой вентильного генератора является высокий ток короткого замыкания при крупнокапельном переносе электродного металла: он может превышать сварочный ток в 2...4 раза. Поэтому для снижения разбрызгивания увеличивают частоту тока индукторного генератора. Таким способом удается снизить разбрызгивание до уровня 2...4 %, т. е. сделать его ниже, чем у коллекторного генератора. Но при повышенной частоте могут ухудшаться условия начального зажигания дуги коротким замыканием. Остальные сварочные свойства у вентильного генератора не хуже, чем у коллекторного, и приближаются к свойствам выпрямителя.

Таким образом, по своим технологическим возможностям вентильные генераторы ни в чем существенно не уступают коллекторным генераторам. Но они конструктивно проще, надежнее и дешевле в изготовлении и эксплуатации. Именно поэтому вентильные генераторы практически вытеснили из практики электрической дуговой сварки коллекторные генераторы.