Электротермические установки,электроустановки дуговой сварки

Источники питания сварочной дуги переменного тока

Источники питания сварочной дуги постоянного тока

Принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя ВДУ-504

Основным элементом, обеспечивающим дуговой сварочный процесс является источник питания сварочной дуги. Так как сварка возможна как на переменном, так и на постоянном токе, то необходимо иметь источники переменного, постоянного и выпрямленного тока.

Источники питания сварочной дуги переменного тока

Источники питания сварочной дуги переменного тока — это сварочные трансформаторы, одно- и трехфазные.
По количеству питаемых сварочных постов выполняются одно- и многопостовые.
Количество подключаемых к трансформатору сварочных постов (n) определяется из соотношения:

По способу получения падающих внешних ВАХ и регулирования тока выделяются источники питания двух типов:
- трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и дроссельным регулятором тока (отдельным или встроенным),
- трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием и катушечным, шунтовым или витковым ступенчатым регуляторами тока.
Аппараты с нормальным магнитным рассеянием (рис. 1.2-32) выполняются двух видов: с отдельным (а) и встроенным (б) регуляторами тока (РТ).
Сварочный аппарат с отдельным РТ состоит из сердечника (2), на котором расположены первичная (1) и вторичная (5) обмотки. К первичной обмотке подводится напряжение —220 В или —380 В, а вторичная создает напряжение холостого хода 60...65 В и соединяется последовательно с реактивной обмоткой (3) регулятора тока. РТ — дроссель (Др), состоящий из неподвижного магнитопровода (6) с обмоткой (3) и подвижного (4) магнитопровода, между которыми зазор «δ».

Сопротивление (индуктивное) РТ может изменяться в широких пределах при изменении воздушного зазора с помощью винтового механизма (управление местное или дистанционное).
При увеличении зазора индуктивное сопротивление «Др» уменьшается, что приводит к увеличению сварочного тока, и — наоборот.
Наличие реактивной обмотки обеспечивает падающую внешнюю ВАХ, благодаря чему напряжение дуги изменяется в соответствии с колебаниями и изменениями ее длины.
Сварочный аппарат со встроенным РТ отличается тем, что все три обмотки находятся на одном магнитопроводе.
К преимуществам трансформаторов данной системы относятся компактность их конструкции, меньший расход меди и трансформаторной стали. При регулировании тока с максимального на минимальное значение несколько увеличивается напряжение холостого хода, что повышает устойчивость горения дуги.
По такой схеме изготавливаются трансформаторы типов ТСД и СТ на 1000 и 2000 А. Они имеют несколько ступеней изменения напряжения холостого хода вторичной обмотки (U_2.0) путем переключения отпаек на них и предназначены для автоматической сварки под флюсом. ТСД-500 используется как для автоматической сварки под флюсом, так и для ручной. Он имеет следующие показатели:I_н =500 А, U_2.0 = 80B, ПВ = 60 %, диапазон регулирования сварочного тока от 200 до 600 А.
Аппараты с повышенным магнитным рассеянием (рис. 1.2-33) выполняются с подвижной (а) катушкой, с магнитным (б) шунтом, с шунтом и подмагничиванием (в).

Все трансформаторы имеют первичную (1) и вторичную (3) обмотки, магнитопровод (2) и различные устройства для регулирования тока.
Подвижная катушка (а) расположена на магнитопроводе и скользит по его стержням, перемещаясь при помощи винтового механизма вручную. При сближении с первичной (неподвижной) катушкой индуктивность рассеяния уменьшается, что приводит к увеличению сварочного тока. На таком принципе построено большинство сварочных трансформаторов типа «ТС» (на токи от 120 до 500 А), «ТСК» и «ТД» (на токи 300 и 500 А). В отличие от «ТС» трансформаторы «ТСК» имеют конденсаторы, включенные параллельно первичной обмотке, что повышает cos φ сети. Трансформаторы новых типов «ТД» имеют переключатель диапазонов, при помощи которого катушки обеих обмоток переключаются с параллельного соединения на последовательное, что обеспечивает 2 диапазона изменения сварочного тока.
Например, ТД-504 на номинальный ток 500 А имеет следующие показатели при ПР_ном, = 60%:

- диапазон 1. U_2.0 = 60 В, пределы регулирования от 240 до 750 А;
- диапазон 2. U_2.0 = 70 В, пределы регулирования от 75 до 240 А.

Трансформаторы типов ТС, ТСК и ТД предназначены для ручной дуговой сварки.
Магнитный шунт (б) расположен в окне магнитопровода между разнесенными катушками первичной и вторичной обмоток.
При повороте шунта (4) изменяется индуктивное сопротивление рассеяния.
Если зазор между магнитопроводом (2) и шунтом (4) уменьшается, то ток сварочный тоже уменьшается и —- наоборот.
На этом принципе построены трансформаторы типа «СТШ» (на токи 250, 300 и 500 А). Некоторые из них имеют переключатели катушек секционированных обмоток с параллельного на последовательное соединение и устройство отключения трансформатора от сети через 0,5... 1,0 с после прекращения сварки.
Отключающее устройство исключает длительную работу на холостом ходу, что обеспечивает повышение cos φ сети.
Трансформаторы типа «СТШ» предназначены для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом.
Шунт с подмагничиванием (в) постоянным током расположен в окне магнитопровода между разнесенными катушками первичной и вторичной обмоток.
На неподвижном шунте (4) расположена обмотка подмагничнввння (5), изменяя ток I_п в которой, можно регулировать индуктивное сопротивление рассеяния основных обмоток.
При I_п = 0 это сопротивление минимально, а сварочный ток — наибольший. Увеличение I_п приводит к уменьшению сварочного тока.
На таком принципе построены трансформаторы новых типов ТДФ (на токи 1000 и 1600 А при ПВ_ном=100%).
Трансформаторы позволяют выполнять ступенчато-плавное регулирование сварочного тока.
Ступенчатое (грубое) регулирование достигается переключением катушек секционированной вторичной обмотки с параллельного на последовательное соединение.
Плавное (тонкое) регулирование — изменением тока I_п в обмотке (б), получающей питание от однофазного тиристорного выпрямителя.
Трансформаторы типа «ТДФ» предназначены для автоматической сварки под флюсом.
Витковое регулирование применяется у трансформаторов типа «ТСП», которые имеют секционированную вторичную обмотку. Повышенное рассеяние достигается размещением первичной и большей части вторичной обмотки на разных стержнях.
Трансформаторы типа «ТСП» предназначены для ручной дуговой сварки. Например, ТСП-1 на 180 А при ПВ_ном = 50%.
Осциллятор (рис. 1.2-17) предназначен для питания дуги токами высокой частоты (150...260 кГц) и высокого напряжения (2...3 кВ) параллельно со сварочным трансформатором, что облегчает зажигание дуги и повышает ее устойчивость. Мощность осциллятора — 100...250 Вт. Осциллятор дает возможность зажигать дугу даже без соприкосновения электрода с деталью. В то же время ток такой частоты и напряжения безопасен для человека.
Осцилляторы применяют при сварке дугой малой мощности, при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, при значительном падении напряжения в силовой сети и в других случаях.

Источники питания постоянного тока

Питание сварочной дуги постоянным током дороже, чем переменным. Однако применение постоянною тока целесообразно, когда к качеству сварных швов предъявляются особо высокие требования или применение переменного тока затруднено (например, при сварке тонких изделий).
Источники питания постоянного тока делятся на 2 группы:
- машинные сварочные преобразователи,
- полупроводниковые сварочные выпрамители.
Машинные сварочные преобразователи (рис. 1.2-34) состоят из генератора (Г) постоянного тока и приводного асинхронного двигателя (АД) с КЗ-ротором.

Такие преобразователи имеют однокорпусное исполнение с расположением на одном валу «АД» и «Г».
Сварочные «Г» выполняются с двумя обмотками возбуждения:
- независимой (ОВН) параллельной и последовательной (ОВС) сериесной, или
- параллельной (ОВП) и последовательной (ОВС) сериесной.
Однопостовые универсальные (а) сварочные аппараты имеют «Г» с независимой обмоткой возбуждения (ОВН).
«ОВН» получает питание от сети переменного тока через стабилизатор напряжения (СН) и селеновый выпрямитель (СВ).
Она создает направленный магнитный поток «Ф₁».
«ОВС» включена в сварочную сеть последовательно. При сварке по ней проходит сварочный ток и создает магнитный поток Ф₂, направление которого можно менять с помощью переключателя П (Р — размагничивание, П — подмагничи ванне).
Если «Ф2» направлен встречно основному «Ф₁» (размагничивающее действие), то внешняя характеристика генератора будет падающей. Наклон ВАХ можно изменять подключением отпаек «ОВС» с помощью переключателя отпаек «ПО».
Характеристика будет более пологой по мере увеличения переключенных отпаек.
При изменении полярности «ОВС» действие ее будет подмагничивающее, т.е. «Ф₂» и «Ф₁» совпадают по направлению, а «Г» имеет жесткую характеристику.
Плавное регулирование сварочного тока обеспечивается регулировочным реостатом «R_p» в цепи независимой обмотки возбуждения.
По такой схеме построены однопостовые преобразователи типа «ПСУ — преобразователь сварочный универсальный».
Например, ПСУ-500 (на ток 500 А) имеет как падающие, так и жесткие внешние ВАХ. Предназначен для ручной дуговой сварки и для сварки в защитных газах.
При отсутствии переключателя «П» обмотка «ОВС» включается согласно или встречно с основной обмоткой.
В первом варианте изготавливаются преобразователи однопостовые типа ПСГ (на токи 350 и 500 А). Они имеют жесткие характеристики, так как «Ф₂» направлен согласно «Ф₁» (подмагничивающее действие) и компенсирует поток реакции якора. Напряжение генератора мало изменяется при изменении сварочного тока, а «ОВС» имеет небольшое число витков.
Например, ПСГ-300 на ток 300 А (пределы регулирования тока от 50 до 350 А, а напряжения от 15 до 35 В) предназначен для сварки в защитных газах.
Во втором варианте изготавливаются преобразователи однопостовые типа «ПСО» (на токи от120 до 800 А) и «ПД» (на 500 А), предназначенные для ручной дуговой и автоматической сварки под флюсом.
Например, ПСО-300 с номинальным током 300 А при ПР(ПВ) = 65 % и номинальном напряжении 30 В позволяет регулировать сварочный ток от 75 до 300 А.
Многопостовые (б) сварочные аппараты имеют «Г» с самовозбуждением и подмагничивающей «ОВС».
Такой генератор имеет очень жесткую характеристику: его напряжение практически ие изменяется при изменении сварочного тока.
Например, ПСМ-1000 имеет приводной АД мощностью 75 кВт, снабжен комплектом из 9 или 6 балластных реостатов (R_Б), рассчитан на одновременное питание 9 или 6 постов с максимальным током 200 или 300 А.

Сварочные выпрямители выполняются с неуправляемыми вентилями и с тиристорами (управляемыми).
Структурная схема (рис. 1.2-35) включает следующие основные узлы.
• Понижающий сухой сварочный трехфазный трансформатор (Тр.С). «Тр.С» с повышенным рассеянием выполнен с подвижными катушка-ми вторичных обмоток.
Дня расширения диапазонов сварочного тока при наличии переключающего устройства первичная обмотка может соединяться «звездой» или «треугольником», а регулирование выпрямленного напряжения осуществляется переключением отпаек первичной обмотки каждой фазы. Вторичная обмотка собрана по шестифазной схеме или по трехфазной.
• Выпрямительный блок (ВБ). Выполняется на селеновых вентилях ияи кремниевых диодах.
• Дроссель (Др.) для ограничения скорости нарастания тока при КЗ электрода.
• Вентилятор (В), для охлаждения потоком воздуха полупроводниковых вентилей, так как они чувствительны к повышению температуры.
• Аппаратура пуска, регулирования и защиты (АПРЗ).
• Контрольно-измерительные приборы (КИП), для контроля выпрямленного напряжения и сварочного тока.
На неуправляемых вентилях построены однопостовые и многопостовые выпрямители.

Принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя ВДУ-504 (рис. 1.2-38)