Сварочные генераторы постоянного тока

Возможно применение сварочных генераторов постоянного тока двух типов: коллекторных и вентильных.

Рассмотрим принцип действия коллекторного сварочного генератора на примере генератора самовозбуждения с обмотками параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей (рис. 3.14.). Магнитные потоки, создаваемые обмотками, направлены навстречу друг другу.

Намагничивающая обмотка присоединена к главной и дополнительной щеткам и получает питание от генератора непосредственно.

Напряжение питания намагничивающей обмотки неизменно вследствие подмагничивающего действия реакции якоря, которая компенсирует размагничивающее действие в этой половине полюса генератора последовательной обмотки. Размагничивающая обмотка включена последовательно со сварочной дугой.

При отсутствии тока в сварочной цепи действует только одна намагничивающая обмотка возбуждения, образуя магнитный поток Ф_н. Этот поток индуктирует ЭДС в якоре, равную напряжению холостого хода, которое регулируют реостатом.

При зажигании и горении дуги в сварочной цепи протекает ток, и размагничивающая обмотка создает магнитный поток Ф_р, пропорциональный числу ее витков и сварочному току.

Поток Ф_р направлен встречно магнитному потоку намагничивания Ф_н и уменьшает его, поэтому при работе сварочного генератора при сварке его ЭДС индуктируется разностью потоков Ф_н и Ф_р.

При увеличении сварочного тока магнитный поток Ф_р возрастает и разность потоков Ф_н - Ф_р уменьшается, поэтому снижается и напряжение генератора. Так при ручной сварке обеспечивается падающая внешняя характеристика генератора, необходимая для устойчивого горения дуги.

Крутизну наклона внешней характеристики генератора можно регулировать изменяя число витков последовательной обмотки возбуждения ОР. При этом получается ступенчатое регулирование обычно с двумя ступенями. На ступени с большим числом витков размагничивающей обмотки ее размагничивающее действие увеличивается, и внешняя характеристика генератора более крутая, а сварочный ток меньше при том же напряжении холостого хода генератора.

Плавное регулирование сварочного тока в пределах каждой ступени можно осуществить изменением тока в намагничивающей обмотке ОН при помощи реостата. При этом увеличение тока возбуждения вызывает увеличение намагничивающего потока Ф_н, сварочного тока и напряжения холостого хода генератора.

Регулирование сварочного тока реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения, имеет недостаток, заключающийся в том, что при изменении тока возбуждения изменяется напряжение холостого хода. При уменьшении тока возбуждения напряжение холостого хода также уменьшается и может быть недостаточным для зажигания дуги. По этой причине в диапазонах малых токов сварочный ток регулируют включением в цепь якоря генератора дополнительных балластных сопротивлений, увеличивающих крутизну внешних характеристик при неизменном напряжении холостого хода.

Генератор состоит из корпуса с прикрепленными к нему полюсами из листов электротехнической стали, на которых расположены обмотки подшипниковых щитов, якоря с коллектором и токосъемного механизма. Сверху располагается коробка зажимов для отходящих проводов и перемычек регулирования тока.

Вентильные генераторы так называются по наличию блока выпрямительных вентилей, которые выпрямляют переменный ток, наводимый в обмотках генератора, в постоянный сварочный ток. Вентильные генераторы обеспечивают высокую стабильность и эластичность сварочной дуги. У них выше коэффициент полезного действия и меньше масса по сравнению с другими генераторами. Их применение позволяет уменьшить разбрызгивание металла при сварке и улучшить качество швов.

На статоре генератора расположена трехфазная силовая обмотка, которая присоединена к блоку выпрямительных вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме. Обмотка возбуждения прикреплена к станине и находится между двумя пакетами ротора, размещенными вдоль его оси.

На валу ротора расположены два пакета из электротехнической стали, имеющих полюсы, без обмоток. Ротор является индуктором генератора и при своем вращении наводит в обмотке статора ЭДС повышенной частоты.

Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, распределяется так, что один пакет ротора образует северные полюсы, а другой — южные.

При вращении ротора витки обмотки статора пронизываются изменяющимся магнитным потоком, и в фазах обмотки статора возникает переменная ЭДС, которая преобразуется в постоянную выпрямительным блоком.

На рис. 3.15. приведена принципиальная электрическая схема вентильного сварочного генератора. На схеме трехфазная обмотка генератора присоединена к выпрямительному мосту VD4-VD9, состоящему из силовых кремниевых диодов. К выходу выпрямительного моста присоединяются кабели, идущие к сварочному посту.

Рис. 3.15. Принципиальная схема вентильного сварочного генератора:
ОЯ — обмотка якоря; ОВ — обмотка возбуждения; ТУ, ТА — трансформаторы напряжения и тока; VD1-VD3 — диоды в цепи возбуждения; VD4-VD9 — вентили силового блока; R — реостат для управления величиной сварочного тока

Генератор работает с самовозбуждением от силовой цепи. После запуска генератора начальное его самовозбуждение происходит от остаточного магнетизма в массивных магнитных деталях машины — станине, втулке на валу, и на зажимах обмоток якоря появляется ЭДС величиной порядка 3...4 В. Обмотка возбуждения через трансформатор TV и выпрямитель VD1 получает питание, ЭДС на зажимах обмотки якоря начинает расти, и генератор возбуждается до напряжения холостого хода. С появлением сварочного тока обмотка возбуждения начинает получать питание и от трансформатора тока ТА через выпрямитель VD2.

Так как естественная внешняя характеристика генератора падающая, то с ростом сварочного тока напряжение на зажимах генератора уменьшается, также начинает уменьшаться составляющая тока возбуждения от трансформатора напряжения TV, а составляющая тока возбуждения от трансформатора тока ТА увеличивается с ростом нагрузки.

Поскольку мгновенные значения амплитуд вторичных напряжений трансформаторов TV и ТА сдвинуты по фазе, то при любой нагрузке оба трансформатора через свои выпрямители VD1 и VD2 дают питание обмотке возбуждения до режима короткого замыкания, при котором работает только трансформатор ТА. Вентиль VD3 служит для разрядки электромагнитной энергии, накапливаемой в катушках обмотки возбуждения.

Реостатом R можно плавно регулировать крутизну внешних характеристик генератора и сварочный ток в пределах одного диапазона.

Грубое регулирование сварочного тока можно осуществить переключением схемы обмотки якоря.