Сварочные генераторы

Сварочные генераторы преобразуют механическую энергию вращения якоря в электрическую энергию постоянного тока.

Сварочные генераторы являются составной частью вращающихся ис­точников питания. Их иногда называют машинными источниками питания (ИП). Вращающиеся ИП состоят из сварочного генератора и приводного двигателя, В качестве приводного двигателя используется либо электрический, либо двигатель внутреннего сгорания: бензиновый или дизельный.

Вращающийся ИП, состоящий из сварочного генератора и электродвигателя в однокорпусном исполнении называют сварочным преобразователем, а сварочный генератор в комплекте с отдельным двигателем, соединенным между собой муфтой сцепления, называют агрегатом, Агрегаты с двигателем внутреннего сгорания применяются в основном при ручной сварке в полевых условиях или монтаже, где отсутствует электрическая сеть питания.

В данном пособии изучаются только генераторы. Различают коллек­торные и бесколлекторные (вентильные) сварочные генераторы.

В сварочной технике применение генераторы: коллекторные - с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой; с самовозбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой; универсальный с независимым возбуждением;

вентильные – с индукторным трехфазным генератором переменного тока повышенной частоты и трехфазной мостовой схемой выпрямления.

Требования к вращающимся источниками постоянного тока регламентируются ГОСТ 304-82 "Генераторы постоянного тока для дуговой сварки," ГОСТ 2402-82 "Агрегаты сварочные с двигателем внутреннего сгорания" и ГОСТ 7237-82 "Преобразователи постоянного тока для дуговой сварки". Эти источники обеспечивают легкое зажигание и устойчивое горение дуги. Существенным недостатком вращающихся источников является сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления, особенно коллекторных генераторов и приводных двигателей внутреннего сгорания. Они существенно дороже трансформаторов и выпрямителей. В связи с этим в настоящее время вместо коллекторных выпускаются вентильные генераторы. Однако, в народном хозяйстве парк коллекторных генераторов довольно велик, поэтому в учебном пособии рассмотрен в качестве примера лишь один представитель большого семейства коллекторных генераторов.

4.1. Коллекторные генераторы

Основными элементами сварочного коллекторного генератора пос­тоянного тока (рис. 4.1.) являются: статор с корпусом 1, четырьмя основными якорь с сердечником 6, в пазах которого уложена обмотка 5; коллектор 9, магнитными полюсами 4 и обмотками возбуждения 2 и 3; якорь с сердечником 6 набранный из медных изолированных пластин; четыре токосъемные щетки 8, а также выводные клеммы 7. На рисунке упрощенно показана только часть генератора. Отсутствует левая обмотка между щитками Щ1 и Щ2, однако этого достаточно для пояснения работы генератора.

а) б)

в) г)

Рис. 4.1. Принцип действия коллекторного генератора: а – конструкция; б- принципиальная схема; - в временные диаграммы тока в обмотках; г –кривая тока на клеммах генератора

Принцип преобразования механической энергии вращения якоря в электрическую энергию основан на явлении электромагнитной индукции. При движении проводника длиной ℓ со скоростью v в магнитном поле с индукцией В в нем возникает ЭДС е = Вℓv.

При пропускании тока по обмоткам возбуждения 2 и 3 в магнитной системе генератора возникает магнитный поток Ф, который замыкается по железу статора и якоря. Если привести во вращение якорь, то активные проводники его обмотки будут пресекать магнитные силовые линии потока, и в каждом из них будет возникать единичная ЭДС е1-е4. Направление "единичных" ЭДС определяется правилом левой руки.

При вращении якоря единичные ЭДС меняются как по величине, так и по направлению (см. рис. 4.1.,в). У четырехполюсного генератора полный период изменения ЭДС приходится на половину оборота вращения якоря. Для уменьшения пульсаций ЭДС полюсным наконечникам придают форму, обеспечивающую постоянство потока в зазоре между полюсами и якорем. В результате кривая ЭДС приобретает трапециидальную форму.

Постоянство направления тока обеспечивается коллекторно-щеточным устройством. Для момента, изображенного на рис. 4.1.а, ЭДС всех проводников на участке между пластинами П3 и П1 коллектора совпадают по направлению, вызывая ток в нагрузке в направлении, показанном стрелкой. Для получения максимальной суммарной ЭДС Е_r=е1+е2+е3+е4 щетки Щ1 и Щ2 устанавливают так, как показано на рис. 4.1., а. Момент на рис. 4.1., в, соответствует интервалу Q₁-Q₂, с момента Q₂ сменится направление ЭДС е1 и е2, но под щеткой Щ1 к этому моменту окажется уже пластина П2, поэтому ток от щетки Щ1 к выводу и далее по нагрузке не изменит свое направление. Таким образом, коллекторно-щеточное устройство обес­печивает механическое выпрямление переменного тока обмотки якоря.

ЭДС на остальных участках обмотки якоря (между щетками Щ2 и Щ3, Щ3 и Щ4, Щ4 и Щ1) оказывается такой же, как и между Щ1 и Щ2. При этом щетки Щ1 и Щ3 под южным полюсом магнитной системы имеют положительный потенциал. Как следует из принципиальной схемы рис. 4.1, б, обмотка якоря образует четыре параллельные ветви, так. что общая ЭДС генератора равна ЭДС одного участка между любой парой щеток Е_r=е1+е2+е3+е4 (рис. 4.1, г)