Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Источники питания сварочной дуги. Учебное пособие
.pdf
51
60 В (рис. 2.11). Последовательное соединение катушек резко увеличивает
U2, В
20
40
60
80
I2, А
200
400
600
800
2
1
индуктивное сопротивление трансформатора, повышает напряжение холостого
хода до 80 В и обеспечивает получение крутопадающей ВАХ (рис. 2.10 и 2.11).
Повышение напряжения холостого хода благоприятно отражается на устойчивости процесса сварки на малых токах.
Рис. 2.11. Внешние характеристики трансформатора
с подвижными обмотками:
1 – параллельное соединение катушек (диапазон больших токов);
2 – последовательное соединение катушек (диапазон малых токов)
Достоинства и недостатки трансформаторов с подвижными обмотками
обусловлены особенностями их конструкции и электрических характеристик.
Недостатком этих трансформаторов является сильная вибрация подвижных частей – обоймы с обмотками и винтового привода, что ограничивает срок их
службы. Кроме того, при механическом регулировании трудно обеспечить дистанционное и программное управление режимом сварки, невозможна стабилизация тока и напряжения.
Однако, несмотря на эти недостатки, трансформаторы с подвижными обмотками получили самое широкое распространение в нашей стране как основной источник питания для ручной дуговой сварки из-за малого расхода активных материалов, лучших, чем у трансформатора с дросселем, сварочных характеристик (легкое возбуждение и стабильное горение дуги, малое разбрызгива-
52
ние электродного металла, большая разрывная длина дуги и др.), простоты и
Ф
о
3 1 4
2
Ф
р
Ф
о
- Фр
Sш
5
дешевизны.
Трансформатор с подвижным магнитным шунтом. Такой трансформа-
тор имеет неподвижные первичную 1 и вторичную 2 обмотки (рис. 2.12),
стержневой магнитопровод 3 и подвижный магнитный шунт 4.
Рис. 2.12. Конструктивная схема трансформатора
с подвижным магнитным шунтом
Каждая обмотка имеет по две катушки, размещенные на разных стерж-
нях. Поток рассеяния ФР замыкается через магнитный шунт. Магнитный шунт
состоит из двух половин, сближающихся или удаляющихся друг от друга с помощью винтового привода 5. При увеличении расстояния между половинами
шунта уменьшается площадь Sш (на рис. 2.12 она заштрихована), по которой
замыкается поток рассеяния ФР. Уменьшение площади Sш приводит к уменьшению потока рассеяния, при этом индуктивное сопротивление трансформатора
снижается, а величина сварочного тока возрастает. Изменение величины потоков рассеяния с помощью подвижного магнитного шунта обеспечивает плавное
регулирование режима работы трансформатора. Ступенчатое регулирование,
как и в трансформаторе с подвижными обмотками, осуществляется переключением обмоток на параллельное или последовательное соединение.
53
Трансформаторы с подвижным магнитным шунтом практически не усту-
Iу
3
1
4
5
2 R 6
пают трансформаторам с подвижными обмотками ни по сварочным свойствам,
ни по массогабаритным характеристикам, ни по технико-экономическим показателям.
Трансформатор с подмагничиваемым шунтом.
Трансформатор (рис. 2.13) имеет стержневой магнитопровод 3 и неподвижный шунт 4 также стержневого типа. Магнитное сопротивление шунта регулируется с помощью обмотки управления 5, питаемой постоянным током от
источника 6.
Рис. 2.13. Конструктивная схема трансформатора
с подмагничиваемым шунтом:
1 и 2 – первичная и вторичная обмотки; 3 – сердечник трансформатора;
4 – подмагничиваемый шунт: 5 – обмотка управления;
6 – источник питания обмотки управления
Падающая характеристика у такого трансформатора получается за счет
увеличенного рассеяния, вызванного большим расстоянием между первичной и
вторичной обмотками и наличием магнитного шунта.
Основной способ регулирования режима заключается в изменении индуктивного сопротивления трансформатора путем изменения магнитного сопро-
54
тивления шунта. Например, увеличение тока Iу в обмотке управления, как и в
)
U
1
(fI
1
у
случае работы трансформатора с дросселем насыщения, приведет к увеличению
магнитного сопротивления шунта R, что согласно формуле (2.29) вызовет
уменьшение индуктивного сопротивления трансформатора и увеличение сварочного тока.
Регулирование режима трансформатора с подмагничиваемым шунтом
плавно осуществляется путем изменения тока Iу в обмотке управления, а сту-
пенчато – переключением обмоток трансформатора на последовательное или
параллельное соединение.
Главное достоинство такого трансформатора, по сравнению с трансформатором с механическим регулированием – отсутствие подвижных частей, что
обеспечивает его более высокую надежность. Кроме того, он обладает малой
инерционностью, простотой для программного и дистанционного управления.
При обратной зависимости управляющего тока от напряжения в первичной об-
мотке
такой трансформатор хорошо стабилизирует режим сварки
при колебаниях напряжения в питающей сети, что очень важно при механизированной сварке протяженных швов.
55
ГЛАВА 3
F
e
F
o
СВАРОЧНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРОЧНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЯХ
В настоящее время, наряду с источниками переменного тока (сварочными
трансформаторами), при дуговой сварке все более широкое применение находят источники постоянного тока – сварочные выпрямители. Это вызвано многими преимуществами питания дуги постоянным током, главное из которых –
высокая стабильность ее горения, особенно при сварке на малых токах, а также
при ручной сварке электродами с основным покрытием и при сварке в углекислом газе.
Сварка на малом токе характерна при соединении элементов малой тол-
щины. Она во избежание прожогов осуществляется маломощной дугой, когда
концентрация заряженных частиц и объем столба дуги невелики. Поэтому при
смене полярности температура столба дуги быстро снижается, интенсивно протекает процесс нейтрализации заряженных частиц (деионизация) и повторное
зажигание дуги весьма затруднительно. При питании дуги постоянным током
смены полярности не происходит, поэтому дуга горит устойчиво даже при малых токах.
При ручной сварке электродами с основным покрытием (например,
УОНИ-13) стабильность горения дуги на переменном токе значительно ниже,
чем при сварке электродами с кислым (железорудным) или рутиловым (на основе TiO2) покрытием. Это связано с тем, что при сварке сталей, содержащих
легирующие элементы (Cr, Ti, Ni и др.), необходима более надежная защита от
окружающей среды сварочной ванны и остывающего металла шва от окружающего воздуха. Поэтому в состав электродной обмазки в этом случае для
улучшения шлаковой защиты и рафинирования металла шва, наряду с раскислителями, вводят фтористый кальций (CaF2). Фтор, атомы которого имеют
недостроенную внешнюю электронную оболочку, активно поглощают в столбе
дуги электроны, образуя тяжелые малоподвижные отрицательно заряженные
ионы фтора:
.
Уменьшение концентрации электронов в столбе дуги, в основном осу-
ществляющих перенос электричества в дуге, снижает стабильность ее горения.
И при смене полярности повторное зажигание дуги затруднительно, поэтому
сварку электродами, содержащими в обмазке фтористые соединения, рекомендуется выполнять на постоянном токе.
Для повышения стабильности дуги в электродную обмазку вводят иони-
зирующие вещества, содержащие элементы с низким потенциалом ионизации –
K, Na, Ca и другие. При сварке в углекислом газе голой проволокой в столбе дуги ионизирующих элементов нет, поэтому стабильность горения дуги в этом
56
случае ниже, чем при ручной сварке обмазанными электродами. В связи с этим
сварку в углекислом газе осуществляют на постоянном токе обратной полярности.
С освоением промышленностью выпуска мощных и недорогих полупроводниковых вентилей (диодов, тиристоров и транзисторов) малоэкономичные и
материалоемкие электромашинные генераторы вытесняются сварочными выпрямителями, которые имеют ряд преимуществ перед генераторами.
Преимущества сварочных выпрямителей перед электромашинными гене-
раторами:
1) отсутствие вращающихся частей в силовой электросети, это обеспечивает
снижение уровня шума в рабочей зоне сварщика. Хотя в сварочных выпрямителях для охлаждения полупроводниковых вентилей и применяются электровентиляторы, их мощность невелика и уровень шума от них
несравним с шумом сварочного генератора;
2) малая материалоемкость;
3) лучшие динамические характеристики, что благотворно отражается на
стабильности горения дуги и качестве сварного соединения. При случайных перерывах в горении дуги (короткое замыкание, резкое увеличение
длины дуги и др.) для сокращения времени перерыва необходимо, чтобы
время переходного периода, т.е. время стабилизации напряжения и тока в
дуге при повторном зажигании, было минимальным. При питании дуги от
сварочного генератора это время t2 в 2-3 раза больше t1, чем при питании
от выпрямителя (рис. 3.1);
4) малая инерционность сварочной цепи выпрямителя обеспечивает воз-
можность питания дуги не только в непрерывном, но и в импульсном режимах: это преимущество сварочных выпрямителей позволяет управлять
переносом электродного материала через дугу (импульсно-дуговая сварка) или объемом расплава в сварочной ванне (сварка пульсирующей дугой) (рис. 3.2).
При импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом на непрерывно
горящую дугу с заданной частотой накладываются кратковременные импульсы
тока (рис. 3.2, а). Это позволяет обеспечить мелкокапельный перенос электродного металла и уменьшить его разбрызгивание. Кроме того, импульс тока создает силовой осевой импульс, который гарантирует перенос капли от электрода к изделию, что весьма важно при сварке в вертикальном и потолочном положениях.
57
Uд
1
2
а)
t
Iд
б)
t1
t
2
t 1
Рис. 3.1. Осциллограммы напряжения (а) и тока (б) при питании дуги
сварочным выпрямителем (1) и генератором постоянного тока (2):
t1 и t2 - время стабилизации горения дуги
При сварке пульсирующей дугой применяются более длительные импуль-
сы (рис. 3.2, б), что позволяет управлять формированием шва. За время импульса образуется сварочная ванна, размеры которой можно регулировать величиной амплитуды тока в импульсе (Iсв) и временем импульса (tсв). За счет изменения соотношения времени импульса (tсв) и паузы (tп) можно менять и размеры
шва, и скорость кристаллизации сварочной ванны. Пульсирующая дуга позволяет сваривать тонкий металл без прожогов, и при выполнении вертикальных и
потолочных швов четкое дозирование энергии предотвращает стекание свароч-
58
ной ванны; надежная стабилизация режимов сварки при колебаниях напряже-
ПР и ЗА
сеть
Р
СТ
СВБ
ДР
Д
сварная точка (металл, расплавленный
за время импульса tсв)
t
св
t
п
I
cв
tп
Т=0,02 с
Iд
Iн
I
д
1)
2)
t
а)
Vсв
3)
4)
I
п
б)
ния в сети; возможность дистанционного управления и программирования режимов сварки.
Рис. 3.2. Схема импульсно-дуговой сварки (а)
и сварки пульсирующей дугой (б):
1 – управляемый перенос электродного металла; 2, 4 – осциллограммы тока;
3 – управление формированием шва
3.2. УСТРОЙСТВО И ФУНКЦИИ УЗЛОВ В СОСТАВЕ
СВАРОЧНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Общая функциональная блок-схема сварочного выпрямителя представле-
на на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Блок-схема сварочного выпрямителя:
Р – рубильник; СТ – силовой трансформатор;
СВБ – силовой выпрямительный блок; ДР – дроссель;
ПР и ЗА – пускорегулирующая и защитная аппаратура; Д – дуга
59
Рассмотрим более подробно устройство и функции каждого узла, входя-
3
2
1
А В С
щего в состав сварочного выпрямителя.
3.2.1. Силовой сварочный трансформатор (СТ)
В качестве силовых трансформаторов для сварочных выпрямителей ис-
пользуются такие же типы трансформаторов, что и для сварки переменным током – это понижающие трансформаторы с нормальным (км 1) или искусственно увеличенным магнитным рассеянием (км << 1).
Основное отличие силовых трансформаторов в сварочных выпрямителях
состоит в том, что они в подавляющем большинстве не однофазные, а трехфазные.
По конструкции магнитопровода трансформаторы для сварочных выпря-
мителей бывают несимметричными и симметричными.
У несимметричного трансформатора (рис. 3.4) вследствие более низкого
магнитного сопротивления центрального стержня в обмотках «В» создается более высокая (на 20-30 %) электродвижущая сила, чем в обмотках «А» и «С».
Поэтому фазные токи в обмотках «А» и «С» ниже, чем в обмотках «В».
Неравномерность фазных токов приводит к потерям электроэнергии, затрачиваемым на нагрев обмоток и магнитопровода.
У симметричного трансформатора (рис. 3.5) фазные токи во всех трех фа-
зах равны, поэтому потери электроэнергии на нагрев магнитопровода и обмоток минимальны. Однако из-за сложности шихтовки (сборки) сердечника такая
конструкция пока широкого применения не нашла.
Рис. 3.4. Трехфазный трансформатор с несимметричным
магнитопроводом:
1 – первичные обмотки; 2 – вторичные обмотки; 3 – магнитопровод
60
I
3 2 1
3
2
1
В
А
С I по I-I
Рис. 3.5. Симметричный трехфазный сварочный трансформатор
Внешняя вольт-амперная характеристика трансформатора определяет
внешнюю характеристику сварочного выпрямителя. По типу внешней характе-
ристики сварочные выпрямители делятся на три группы:
1) с падающей внешней характеристикой (ПВХ);
2) с жесткой (ЖВХ) и пологопадающей внешней характеристикой
(ППВХ);
3) универсальные выпрямители, которые имеют как падающую, так и
жесткую внешнюю характеристику.
По количеству одновременно питаемых сварочных постов выпрямители
делятся на однопостовые и многопостовые. Силовые трансформаторы в составе сварочных выпрямителей наряду с плавным регулированием режимов имеют
ступенчатое регулирование. Ступенчатое регулирование осуществляется путем
соединения первичных и вторичных обмоток по схеме «звезда» (малые токи)
или треугольник (диапазон больших токов) (рис. 3.6). Соединение обмоток по
схеме «звезда» обозначается значком , а соединение треугольником – значком (рис. 3.6).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]