5.3 Генераторы для сварки в среде защитных газов

Для автоматической и полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде защитных газов необходимы сварочные генераторы, обеспечивающие жесткие или возрастающие внешние характеристики. Такие генераторы выпускаются по схеме с самовозбуждением (рис. 5.3, г).

Принципиальная схема и устройство магнитной системы генераторов этого типа приведены на рис. 5.24.

Магнитная система имеет четыре основных полюса N-Sн-Nн-S и четыре дополнительных n-s₁-n-s₁, обеспечивающих безыскровую работу щеток. Чередование полярности основных полюсов обычное. Надежное самовозбуждение при минимальных напряжениях холостого хода обеспечивается насыщением одной из пар основных полюсов Nн и Sн. В теле сердечников этих полюсов имеются вырезы. Катушка основной обмотки возбуждения w₁ расположена на ненасыщенных полюсах, катушка дополнительной обмотки возбуждения w₂ – на насыщенных полюсах. Эти катушки включены параллельно. Регулирование выходного напряжения производится резистором Rв в цепи обмотки w₁. При уменьшении величины сопротивления Rв напряжение генератора увеличивается. Обмотки возбуждения присоединяются к щетке (+) через резистор R₁, устанавливающий минимальную величину сварочного тока.

Рис. 5.24. Принципиальная схема и магнитная система генератора с самовозбуждением с жесткими внешними характеристиками

По такой схеме работают генераторы преобразователей ПСГ-350, ПСГ-500 и агрегата АСДП-500Г-3М, технические характеристики которых приведены в табл. 26.

Таблица 26

Технические характеристики преобразователей с жесткими характеристиками

Параметр	ПСГ-350	ПСГ-500	АСДП-500Г-3М
Тип генератора	ГСГ-350	ГCГ-500	ГСГ-500
Номинальный сварочный ток, А	350	500	500
Пределы регулирования тока, А	50-350	60-500	50-500
Пределы регулирования напряжения, В	15-35	16-40	18-55
Потребная мощность, кВ·А	14	31	27
Масса, кг	400	500	5000

5.4. Универсальные генераторы

Очень часто на предприятиях и монтажных площадках используется как ручная дуговая, так и механизированная сварка в среде защитных газов плавящимся электродом. Поэтому требуются универсальные источники питания дуги, обеспечивающие как падающие, так и жесткие внешние характеристики. Для этой цели заработана конструкция универсального сварочного генератора с одной обмоткой возбуждения, который входит в состав преобразователя ПСУ-300. Он состоит из генератора Г приводного двигателя Д и устройства управления (рис. 5.25).

Рис. 5.25. Принципиальная электрическая схема универсального сварочного преобразователя

В состав устройства управления входят следующие основные узлы. Пакетный переключатель ПК для пуска и остановки приводного двигателя. Переключатель вида сварки П, имеющий два наложения: А – автоматизированная сварка, Р – ручная сварка. Понижающий трансформатор-стабилизатор Тр для питания схемы возбуждения генератора. Его первичная обмотка подключена к напряжению 220 В от одной фазы и нулевой точки обмотки статора двигателя. Он выполнен по схеме феррорезонансного стабилизатора с включением конденсатора С. Выпрямитель В₁ во вторичной цепи трансформатора-стабилизатора питает обмотку возбуждения генератора, включенную в цепь транзистора Т₂. Выпрямитель В₂, задающий смещение первого и второго каскадов усилителя. Два транзистора Т₁ и Т₂, работающие в двухкаскадной усилительной схеме с общим эмиттером, питают обмотку возбуждения генератора. Реостат R, включенный в базовую цепь транзисторов T₁ и Т₂, регулирует величину задающего напряжения, а соответственно и величину сварочного тока при ручной сварке или напряжения при автоматической сварке. Сопротивление R₁, включенное последовательно с выпрямителем задающего напряжения В₂, обеспечивает плавное регулирование напряжения при автоматической сварке (переключатель П в положений А). Нагрузочное сопротивление R₂ подключено последовательно коллекторно-эмиттерному переходу транзистора Т₁ к питающему выпрямителю В₁. Оно определяет момент запирания транзистора Т₂, т.е. крутизну падающих характеристик (переключатель П в положении Р) и величину установившегося тока короткого замыкания генератора. Входные сопротивления R₃ и R₄ защищают базовые цепи транзисторов Т₁ и Т₂. Сопротивления R₅ и R₆, определяют величину входного сигнала (жесткой обратной связи по току генератора), при ручной дуговой сварке (переключатель П в положении Р) и при автоматической сварке (переключатель П в положении А). Вентиль Д₁ защищает транзистор Т₂ от перенапряжений, наводимых в цепи обмотки возбуждения при сварке. Вентиль Д₂ защищает базовую цепь транзистора Т₂. Дроссель-стабилизатор ДС обеспечивает получение требуемых динамических свойств сварочного генератора. Конденсаторы К₃ обеспечивают защиту от радиопомех.

При ручной дуговой сварке переключатель П ставится в положение Р. При этом на холостом ходу генератора на базу транзистора Т₁ подается запирающее напряжение, и он закрыт, а транзистор Т₂ соответственно открыт, и в его коллекторно-эмиттерной цепи и в обмотке возбуждения генератора протекает ток, величина которого определяет величину напряжения холостого хода.

После возбуждения дуги в обмотке дополнительных полюсов и в первичной обмотке дросселя-стабилизатора возникает падение напряжения (сигнала), пропорциональное току дуги. Это напряжение подается в схему управления навстречу задающему напряжению, снимаемому с реостата R. С увеличением сварочного тока напряжение сигнала увеличивается, соответственно увеличивается ток базы транзистора Т₁, и он открывается. Одновременно напряжение коллекторно-эмиттерного перехода уменьшается, что вызывает уменьшение тока базы транзистора Т₂, и он постепенно закрывается. В результате ток возбуждения и напряжение на зажимах генератора уменьшаются, и внешние характеристики будут падающие. Для более надежного закрытия транзистора Т₂ и ограничения величины тока короткого замыкания в цепь его базы включен диод Д₂, сопротивление которого с уменьшением напряжения возрастает.

При изменении сопротивления реостата-регулятора R меняется величина задающего напряжения, соответственно меняются степень закрытия транзистора T₁ и открытия транзистора Т₂ и одновременно – величина тока возбуждения генератора и, следовательно, ток дуги.

Для ограничения пиков тока короткого замыкания и увеличения скорости нарастания напряжения при обрыве дуги применен дроссель-стабилизатор ДС.

При автоматической сварке переключатель П ставится в положение А. В этом случае величина тока возбуждения генератора и напряжение холостого хода так же, как и при ручной сварке зависят от напряжения и тока базовой цепи транзистора Т₂. Однако теперь это напряжение подается непосредственно с реостата R, минуя транзистор Т₁. После возбуждения дуги напряжение сигнала, снимаемое, с дополнительных полюсов, складывается с задающим напряжением. По мере возрастания сварочного тока транзистор Т₂ открывается, ток возбуждения и напряжение возрастают, т.е. генератор дает жесткие характеристики. Изменяя сопротивление регулятора R, изменяют задающее напряжение на входе и степень открытия транзистора Т₂, регулируя таким образом напряжение холостого хода. Для уменьшения скорости нарастания тока короткого замыкания при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов на токах более 160 А в сварочную цепь последовательно включается дроссель-стабилизатор ДС.

Кроме рассмотренного выше преобразователя ПСУ-300, промышленность выпускает преобразователь ПСУ-500-2, который состоит из однопостового генератора ГСУ-500-2 и приводного трехфазного асинхронного двигателя АВ-52-2. За базу для создания генератора ГСУ-500-2 принят генератор ГСО-500 и их конструкции идентичны.

Кроме сварочных преобразователей промышленность выпускает универсальные сварочные генераторы ГД-304, ГД-502 и ГСУМ-400.

Рассмотрим конструкцию генератора ГД-304 УЗ (рис. 5.26).

Рис. 5.26. Принципиальная схема универсального генератора ГД-304 У3

Он имеет обмотку независимого возбуждения НО, питаемую от сети через трансформатор T и выпрямительный блок V. Ступенчатое регулирование напряжения холостого хода выполняется переключателем S, плавное – реостатом R, установленным на дистанционном пульте. Последовательная обмотка состоит из двух секций ПО1 и ПО2. В цепь генератора также последовательно включен балластный реостат из трех секций – R1, R2, R3. Переключение вида характеристик и диапазона грубого регулирования тока выполняется присоединением сварочных проводов к соответствующим зажимам и перестановкой перемычки X.

Для сварки в углекислом газе перемычку устанавливают между зажимами «+» и «95–240», а сварочные провода крепят на зажимах «–» и «200–350». При этом последовательная обмотка ПО2 включается на подмагничивающее действие (Ф_Σ = Фн + Фп), ток Iдж идет по пути, показанному пунктирной линией, внешние характеристики получаются жесткими (рис. 5.27, а).

Рис. 5.27. Жесткие (а) и крутопадающие (б) характеристики генератора ГД-304 У3

При ручной сварке покрытыми электродами перемычку устанавливают между зажимами «+» и «Р», при этом ток I_дп идет по пути, показанному сплошной линией, и последовательная обмотка работает как размагничивающая (Ф_Σ = Ф_н – Фр), а внешние характеристики становятся крутопадающими (рис. 5.27, б). При подключении нагрузки к зажиму «200–350» работает часть последовательной обмотки ПО1, что соответствует максимальным токам. При подключении нагрузки к зажиму «95–240» работают секции ПО1 и ПО2, и ток понижается. Можно и еще понизить ток, включая в цепь балластные реостаты R1, R2 и R3.

Генераторы ГД-304 и ГД-502 устанавливаются в кузове автомастерских и приводятся во вращение двигателем автомобиля через вал отбора мощности. Генератор ГСУМ-400 входит в комплект сварочного агрегата АСУМ‑400, предназначенного для сварки и резки металлов под водой.

Технические характеристики универсальных преобразователей и генераторов приведены в табл. 27.

Таблица 27

Технические характеристики универсальных преобразователей и генераторов

Параметр	ПСУ-300	ПСУ-500	ГД-304	ГД-502	АСУМ-400
Диапазон регулирования сварочного тока, А	50-300	50-500	15-350	15-500	100-400
Напряжение холостого хода, В	50	50	90	90	100
Диапазон регулирования рабочего напряжения, В	17-35	15-40	16-45	15-50	25-70
Масса, кг	315	540	260	400	915