Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Источники питания сварочной дуги. Учебное пособие
.pdf
81
Чтобы увеличить электродвижущую силу генератора ЕГ, на сердечник
Фn
a60
pNя
я
n
a
pN60
якоря (ротора) наматывают N таких рамок, параллельно соединенных попарно,
и увеличивают число пар магнитных полюсов. В этом случае ЭДС генератора
определяется по формуле
Е
Г
=
, (4.2)
где N – число активных проводников обмотки якоря; p – число пар магнитных
полюсов; а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря;
Ф = ВS – величина магнитного потока, проходящего через площадь S; nя –
скорость вращения якоря (об/мин).
Обычно все постоянные величины в формуле (4.2), определяемые конструкцией генератора, объединяют в общий коэффициент, называемый постоянной генератора:
С
Г
=
. (4.3)
Тогда ЭДС генератора выражается более простым соотношением
Е
= С
Г
Ф . (4.4)
Г
В зависимости от типа выпрямительного блока различают коллекторные
и вентильные сварочные генераторы.
4.2.1. Коллекторные сварочные генераторы
В коллекторных сварочных генераторах знакопеременная ЭДС, генерируемая в обмотке якоря, выпрямляется с помощью механического устройства,
называемого коллектором.
В коллекторе с вращающихся медных пластин с помощью неподвижных
контактов (щеток) снимается и подается в сварочную цепь ЭДС от одной группы щеток со знаком плюс, а от другой – минус.
Конструктивная схема сварочного коллекторного генератора постоянного
тока представлена на рис. 4.5.
В коллекторных сварочных генераторах намагничивающие обмотки (обмотки возбуждения) 2 располагаются на магнитных полюсах статора и служат
для создания намагничивающего потока Фн. Кроме того, в сварочную цепь последовательно с обмоткой якоря и сварочной дугой включается дополнительная
обмотка, которая в зависимости от направления, создаваемого ею магнитного
потока (Фр) называется размагничивающей или подмагничивающей (рис. 4.6).
82
1
4
5
2 3 Ф
7
6
8
9
Рис. 4.5. Конструктивная схема коллекторного генератора:
1 – статор; 2 – обмотка возбуждения; 3 – магнитные полюса статора;
4 – ротор, в пазах которого уложена обмотка 5;
6 – коллектор, набранный из медных изолированных пластин 7;
8 – медноугольные щетки;
9 – контактные выводы
83
R
I
Ф
рнГ
ФФФ
Фн
Я
Фр
R
1
2
р
Рис. 4.6. Принципиальная схема коллекторного сварочного генератора:
– последовательная обмотка; Я – обмотка якоря;
р
Ф
– поток намагничивания; Фр – магнитный поток от последовательной
н
обмотки; 1 и 2 – клеммы для изменения направления потока Ф
р
Величина магнитного потока, наводимого обмотками, пропорциональна
силе тока, протекающего через обмотку I, числу витков в обмотке
и обратно
пропорциональна магнитному сопротивлению на пути R:
. (4.5)
Магнитный поток генератора ФГ равен сумме потоков намагничивания
Ф
и потока от последовательной обмотки Фр:
н
(4.6)
При согласном включении последовательной обмотки
магнитные по-
р
токи складываются. При встречном включении последовательной обмотки
суммарный магнитный поток генератора равен разности потоков Фн и Фр.
Коллекторные генераторы классифицируются в зависимости от способа
возбуждения и получения внешних вольтамперных характеристик. В настоящее
время находятся в эксплуатации, а также в составе сварочных агрегатов выпускаются следующие типы коллекторных сварочных генераторов:
а) с независимым возбуждением и последовательной обмоткой;
б) с самовозбуждением и последовательной обмоткой.
84
Генератор с независимым возбуждением и последовательной
I
д
н
n
Iд
р
Фн
Я
Ф
р
R1
н
Ф
н
+
I
но
+
-
I
д
р
Ф
р
R2
а)
б)
размагничивающей (подмагничивающей) обмоткой
На рис. 4.7 приведена принципиальная схема генератора. Он имеет одну
пару щеток и одну пару полюсов. На одном из полюсов находится намагничивающая независимая обмотка возбуждения
, получающая питание от посто-
н
роннего источника постоянного тока. На другом полюсе установлена размагничивающая обмотка
, включенная последовательно с якорем и нагрузкой
р
(сварочной дугой). Таким образом, магнитный поток генератора создается совместным действием независимой и последовательной обмоток. Это, как будет
показано ниже, обеспечивает формирование крутопадающей внешней характеристики генератора. Плавное регулирование режима выполняется с помощью
реостата R1, грубое – изменением числа витков последовательной обмотки
р
и
включением балластного реостата R2.
Рис. 4.7. Генератор с независимым возбуждением и последовательной
размагничивающей обмоткой: а) – конструктивная схема;
б) – принципиальная схема
Формирование внешней характеристики осуществляется за счет совместного действия намагничивающей и размагничивающей обмоток.
В режиме холостого тока, когда цепь якоря разомкнута, дуга не горит
(сварочный ток отсутствует Iд = 0), по независимой обмотке возбуждения идет
намагничивающей ток Iно. Этот ток создает поток Фн, величина которого в со-
85
ответствии с (4.5) зависит от числа витков
н
нно
н
R
I
Ф
R
I
CФCUE
нно
ГнГxГ
R
I
Ф
рд
p
рнГ
ФФФ
)ФФ(СФСЕ
рнГГГГ
ГдГГ
RIЕU
R
I
C
R
I
CЕU
рд
Г
нно
ГГГ
)
R
C
(IUU
pГ
дxГ
го сопротивления R
на пути потока:
н
независимой обмотки и магнитно-
н
. (4.7)
При этом в обмотке якоря наводится ЭДС - ЕГ, которая в соответствии с
(4.4), пропорциональна потоку Фн:
Е
= С
Ф
Г
. (4.8)
Г
н
Эта ЭДС без потерь передается на зажимы генератора. Из (4.7) и (4.8)
следует, что напряжение холостого хода генератора определяется соотношением
. (4.9)
Таким образом, напряжение холостого хода Uх можно регулировать из-
менением тока Iно в независимой обмотке.
Режим нагрузки возникает после зажигания дуги. При этом по цепи якоря, дуги и последовательной обмотки
идет сварочный ток Iд, который созда-
р
ет размагничивающий поток Фр:
. (4.10)
Результирующий магнитный поток генератора равен разности между Фн и
Ф
:
р
. (4.11)
Этот поток создает ЭДС генератора:
. (4.12)
Напряжение на клеммах генератора UГ в режиме нагрузки будет меньше ЭДС
Е
на величину потерь в активном сопротивлении проводников якоря и коллек-
Г
торно-щеточного устройства (IдRГ):
. (4.13)
Этими потерями можно пренебречь. Тогда, поставив в уравнение (4.12) значение Фн и Фр из (4.7) и (4.10), получим:
. (4.14)
Первый член правой части уравнения (4.14) соответствует согласно (4.9)
напряжению холостого хода Uх. В результате уравнение внешней характеристики генератора с последовательной размагничивающей обмоткой примет вид
. (4.15)
Таким образом, согласно (4.10) при увеличении сварочного тока Iд возрастает
размагничивающий поток последовательной обмотки Фр, что приводит к сни-
86
жению результирующего потока ФГ (4.11). Поэтому снижаются ЭДС ЕГ и
R
C
IUUU
pГ
дxдГ
Uг
U
х
U
г
I
д
I
кз
R
pг
C
д
I
напряжение генератора UГ. Падающая внешняя характеристика у генератора с
последовательной обмоткой формируется благодаря ее размагничивающему
действию.
На рис. 4.8 приведено графическое изображение уравнения (4.15) – падающая внешняя вольт-амперная характеристика генератора. Видно, что с ростом
тока Iд напряжение генератора UГ падает.
Рис. 4.8. Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением
При коротком замыкании напряжение на дуге равно нулю (Uд = 0), а ве-
личина тока короткого замыкания (Iкз) зависит от конструктивно-электрических
параметров генератора (от постоянной генератора СГ, числа витков в последовательной обмотке
и магнитного сопротивления R).
р
Регулирование режима. Как было показано выше (см. главу 1), для обес-
печения устойчивого существования дугового разряда необходимо, чтобы источник питания подавал напряжение, равное напряжению дуги. На дуге при
данной величине тока: UГ = Uд . Это соответствует точке пересечения вольтамперных характеристик дуги и генератора. С учетом этого, если в уравнение
(4.15) UГ подставить Uд , получим
. (4.16)
Отсюда
87
рГ
дxд
С
R
)UU(I
. (4.17)
рГ
xкз
C
R
UI
р
н
нокз
II
Уравнение (4.17) позволяет определить способы регулирования (настройки) сварочного тока.
При постоянной нагрузке (Uд = const) ток можно регулировать изменением напряжения холостого хода Uх или изменением числа витков
последова-
р
тельной размагничивающей обмотки.
Плавное регулирование тока осуществляется путем изменения Uх, точнее
изменением тока Iно в обмотке возбуждения (см. формулу 4.7.) с помощью регулировочного реостата R1 (рис. 4.7, б).
Ступенчатое (грубое) регулирование осуществляется изменением числа
витков размагничивающей обмотки
. При увеличении числа витков
р
сва-
р
рочный ток согласно (4.17) уменьшается, т.к. при этом возрастает магнитный
поток Фр (4.10), а результирующий поток согласно (4.11) снижается.
Из формулы (4.16) следует, что ток короткого замыкания (Iд = Iкз;
Uд = 0) определяется выражением
. (4.18)
Если вместо Uх подставить выражение (4.9), получим:
. (4.19)
Число витков в обмотке возбуждения неизменно (
= const). Поэтому со-
н
гласно формуле (4.19) ток короткого замыкания можно регулировать плавно –
изменением тока Iн, грубо – изменением числа витков в последовательной обмотке
.
р
Генератор с самовозбуждением и последовательной
размагничивающей обмоткой
В генераторах этого типа ток намагничивающей обмотки создается якорем самого генератора, для чего служит третья щетка С, расположенная на коллекторе посередине между основными щетками а и б (рис. 4.9). Для питания
намагничивающей обмотки
не требуется посторонний источник постоянно-
н
го тока. Поэтому такие генераторы относятся к системе генераторов с самовозбуждением. Для того, чтобы в зоне вращения якоря при запуске генератора су-
88
ществовало магнитное поле, полюса статора изготавливают из ферромагнитной
II
min
xx
U
max
xx
U
R
Фн
н
а
с
б
Ф
р
р
П
а)
б)
U, В
I, А
I
стали, имеющей остаточный магнетизм.
Рис. 4.9. Генератор с самовозбуждением
и размагничивающей последовательной обмоткой:
а – принципиальная электрическая схема, б – внешние характеристики
при различных положениях переключателя «П» при ωр = max (I ступень),
при ωр = min (II ступень)
Генератор имеет на основных полюсах две обмотки: параллельную
намагничивающую
магничивающую
и последовательно включенную в сварочную цепь раз-
н
.
р
Встречное включение обмоток создает падающую внешнюю характеристику генератора (рис. 4.9, б). Сварочный ток плавно регулируется реостатом R,
включенным в цепь обмотки самовозбуждения. Для ступенчатого (грубого) регулирования тока размагничивающая обмотка секционирована так же, как и в
генераторах с независимым возбуждением. Переход от одной ступени к другой
осуществляется переключателем «П».
4.2.2. Вентильные генераторы
Вентильный генератор представляет собой комбинацию генератора переменного тока и выпрямительного блока. Переменный ток вырабатывается ин-
89
дукторным генератором или синхронным генератором с явнополюсным рото-
min
max
1
2 6 L R Фв 4 3
5
+
Uг
ром.
Индукторный генератор (рис. 4.10) имеет зубчатый ротор-индуктор 3, а
обмотка возбуждения 4, питаемая источником постоянного тока 5, размещена
на статоре 1. Обмотка возбуждения создает постоянную магнитодвижущую силу, но магнитный поток возбуждения ФВ, пронизывающий силовую обмотку 2,
имеет пульсирующий характер, так как на его пути при вращении ротора воз-
душный зазор скачкообразно меняется от
до
min
. В связи с этим скачкооб-
max
разно меняется магнитное сопротивление на пути потока ФВ. Поток максимален
при совпадении оси силовой обмотки с зубцом ротора (
совпадении с впадиной (
). Поэтому в силовой обмотке создается перемен-
max
) и минимален при
min
ное напряжение, частота которого зависит от числа оборотов ротора в единицу
времени n (об/мин). Переменное напряжение UГ подается на выпрямительный
блок 6, а оттуда – в сварочную цепь.
Рис. 4.10. Конструктивная и электрическая схемы
индукторного вентильного генератора:
1 – статор; 2 – силовая обмотка; 3 – ротор; 4 – обмотка возбуждения;
5 – источник постоянного тока для питания обмотки возбуждения;
6 – выпрямительный блок; R – реостат; L – сглаживающий дроссель
Синхронный генератор переменного тока с явнополюсным ротором (рис. 4.11).
В синхронном генераторе обмотка возбуждения 1 расположена на роторе
генератора 2. К обмотке возбуждения с помощью двухконтактных щеток 6 и
90
колец 5 от источника 7 подводится сравнительно небольшой постоянный ток, в
7
6 1 3
8
4
5
6
N
S
Фв
результате чего создается магнитное поле с полюсами N и S на концах ротора 2.
При вращении ротора вращающийся магнитный поток возбуждения ФВ замыкается по железу ротора и статора 4, пересекает силовую обмотку 3, наводя в
ней переменную ЭДС, которая через выпрямительный блок подается в сварочную цепь.
Рис. 4.11. Синхронный генератор переменного тока с явнополюсным
ротором:
1 – обмотка возбуждения; 2 – ротор; 3 – силовая обмотка; 4 – статор;
5 – контактные кольца; 6 – углемедные щетки; 7 – источник
постоянного тока; 8 – выпрямительный блок; N и S – северный и южный
полюса ротора; ФВ – магнитный поток возбуждения
Достоинства вентильных генераторов
Характеристики вентильного генератора в значительной степени опреде-
ляются типом вентилей и количеством фаз генератора переменного тока.
Обычно выпрямительный блок собирается из неуправляемых вентилей – диодов.
В настоящее время выпускают одно- и трехфазные генераторы. Соответственно и выпрямительные блоки собираются по одно- и трехфазной мостовой
схеме.
Однофазные вентильные генераторы применяются для питания дуги небольшой мощности (до 125 А). Однофазная мостовая схема выпрямления выдает в сварочную цепь пульсирующее напряжение (рис. 4.12), меняющееся от нуля до максимального значения.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]