Пособие по источникам питания

Таблица 5

Механические свойства сварных соединений, выполненных из трубы Ø159×6 (сталь 09Г2С) электродами марки LB 52U

		Предел вре-					2
			Угол загиба	Ударная вязкость КСU, Дж/см
		менного со-		(надрез по центру шва)
	Источник		(наружу, во
		противления
	питания		внутрь и на
		разрыву σВ,		+20 0С	0 0С	–20 0С	–40 0С
			ребро), град.
		МПа
	диодный	541–543	120–120	201–220	212–223	200–233	143–230
	выпрями-
		542	120	210	216	219	182
	тель
	инвертор	550–560	120–120	208–226	215–254	224–250	150–258
		556	120	217	235	237	193

Таблица 6

Механические свойства сварных соединений выполненных из стали 45 электродами марки УОНИ 13/55

		Предел временного	Угол загиба (на-	Ударная вязкость
							2
	Источник	сопротивления раз-	ружу, во внутрь	КСU, Дж/см
				(надрез по центру шва)
	питания
		рыву σВ, МПа	и на ребро), град
				+20	0	С	–40	0	С
	диодный	645–650	120–120	71,5–112,7			10–15
	выпрямитель	648	120	92,1			12,5
	инвертор	647–654	120–120	105,1–129,6			50–67,2
		650	120	117			58,6

Таблица 7

Механические свойства сварных соединений выполненных из стали 12Х18Н9Т электродами марки ЦЛ 11 типа 08Х20Н9Г2Б

		Предел временного со-	Предел текучести σт,
	Источник питания	противления разрыву
			МПа
		σВ, МПа
	диодный выпрямитель	588–590	202–255
		589	224
	инвертор	592–594	206–262
		593	236
	Провели исследования РДС покрытыми		электродами (марки

LB 52U) с использованием различных типов источника питания (диодного выпрямителя инверторного источника питания). В процессе исследования выявили валовые выделения пыли и газов при РДС покры-

121

тыми электродами в лабораторных условиях, при этом определяли количество пыли, образующейся при сварке, и ее химический состав, содержание в пыли марганца, качественный и количественный состав дисперсионной среды образующегося сварочного аэрозоля.

Ручная дуговая сварка производилась на стальных образцах покрытыми электродами различных марок. Отбор проб воздуха для определения уровня загрязнения воздушной среды проводился в зоне дыхания сварщика. В исследованиях использовали следующее оборудование: аспиратор для отбора проб воздуха модель 822; барометр-анероид БАММ-1; психрометр аспирационный МВ-4М; газоанализатор «ЭЛАН-СО-50».

Аспиратор работал 20 минут при каждом отборе пробы, протягивая за это время 0,2м3 воздуха. Количество образующейся при сварке ТССА (сварочный аэрозоль, хромовый ангидрид, оксид хрома, марганец) определяли по разности весов фильтров, через которые осуществлялось протягивание воздуха

(66)

где М1 – масса фильтра после сварки и контрольного времени, г;

М2 – исходная масса фильтра, г; V – объем протянутого через фильтр воздуха, м3.

Полученные результаты исследования составляющих компонентов сварочной аэрозоли, образующейся при РДС (вытяжная вентиляция выключена) с применением различных типов источника питания, представлены в таблице 8.

Из таблицы 8 видно, что при использовании инверторного источника питания наблюдается меньшая концентрация сварочной аэрозоли и марганца, т.е. снижается риск токсичного отравления и воспаления слизистой оболочки дыхательных путей сварщика и вспомогательных рабочих.

Для установления зависимости определения влияния энергетических параметров источника питания на интенсивность оптических излучений при сварке провели исследование с помощью радиометра «Кварц-41 – РАТ-2П», результаты которого представлены на рисунках

59–60.

Анализ результатов проведенного исследования (рис. 59–60) показал, что при использовании инверторного источника питания наблюдается меньшая интенсивность теплового излучения, т.е. снижает-

122

ся уровень теплового воздействия на организм сварщика и вспомогательных рабочих.

Таблица 8

Результаты анализа выделений пыли, газов и других примесей при РДС с использованием различных типов источника питания

Условия	Наименование	Единица	Источник питания		Предельно
отбора	определяемого	измере-			допустимая
проб	элемента	ния	инвертор	диодный вы-	концентрация
				прямитель
	Углерода оксид		0,05	0,05	20,0
	Двуокись азота		менее 0,6	менее 0,6	2,0
Материалы	Фтористый во-		менее	менее 0,02	0,5
	дород		0,02
LB-52U
	Сварочный аэ-
Ø 3,2 мм,		мг/м³	2,2 0,5	3,6 0,9
	розоль
Сталь
	Хромовый ан-		менее
09Г2С				менее 0,003	0,01
	гидрид		0,003
	Оксид хрома		менее 0,5	менее 0,5	1,0
	Марганец		0,10 0,03	0,15 0,03	0,6

По результатам проведенных исследований установлено, что тип источника питания сварки оказывает значительное влияние на свойства сварных соединений и санитарно-гигиенические характеристики процесса ручной дуговой сварки. При использовании инверторного источника питания нового поколения происходит меньшее тепловложение в каплю расплавленного электродного металла, что обеспечивает снижение выгорания кремния и марганца, повышение ударной вязкости сварных соединений при отрицательной температуре, снижение риска заболевания дыхательных путей рабочих.

Рис. 59. Зависимость интенсивности теплового излучения от величины сварочного тока (электроды марки УОНИ 13/55, диам. 3 мм)

123

Рис. 60. Зависимость интенсивности теплового излучения от величины сварочного тока (электродами марки ЦЛ 11, диам. 3 мм)

Вопросы

1.Каков состав источника с промежуточным звеном высокой частоты?

2.В чем заключается преимущество инверторных источников питания перед источниками промышленной частоты?

3.Где наиболее рационально использовать инверторы при производстве изготовления сварных конструкций?

4.В чем различие инверторов построенных на основе тиристоров и транзисторов?

124

Глава 6. СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Сварочные генераторы можно разделить на три типа:

1.Генераторы с независимым возбуждением.

2.Генераторы с самовозбуждением.

3.Вентильные генераторы.

Взависимости от установки последовательной обмотки можно разделить по виду:

а) для получения падающих внешних характеристик применяется последовательная размагничивающая обмотка;

б) для получения жестких и возрастающих характеристик применяется последовательная намагничивающая обмотка, которая компенсирует потери в якоре.

Сварочные генераторы в основном применяются при ручной дуговой сварке штучными электродами. Как известно, по условиям статической устойчивости дуги генератор должен иметь крутопадающие внешние статические характеристики, т.е. напряжение на зажимах генератора должно резко уменьшаться при увеличении сварочного тока.

К внешним статическим характеристикам сварочных генераторов, предназначенных для механизированной сварки на полуавтоматах, предъявляются другие требования. Саморегулирование дуги при этом способе сварки проявляется наиболее эффективно в том случае, когда сварочный генератор имеет более пологие или даже возрастающие (жесткие) внешние статические характеристики.

Таким образом, для автоматизированных способов сварки с саморегулированием дуги требуется, чтобы сварочный генератор имел семейство жестких внешних статических характеристик.

6.1. Генераторы с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой

Генераторы с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой (рис. 61) получили широкое применение только в соединении с электродвигателями переменного тока. Это объясняется тем, что независимая обмотка возбуждения может питаться от той же сети, что подводится и к электродвигателю. В то же время в сварочных агрегатах, которые используются в местах, где нет электрических сетей, для питания независимой намагничивающей обмотки возбуждения необходимо иметь отдельное питание (аккумулятор).

125

Рис. 61. Генератор с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой: СН – стабилизатор напряжения; ОН – обмотка намагничивания; ОР – обмотка размагничивания

Независимая и последовательная обмотки возбуждения расположены на разных полюсах. Независимая намагничивающая обмотка питается от переменного тока через стабилизирующий трансформатор VT и выпрямитель VD. Так как по этой обмотке протекает небольшой ток возбуждения, то для созданий достаточно мощного магнитного потока она имеет большое число витков провода небольшого сечения.

Регулирование тока происходит в результате изменения тока возбуждения в обмотке ОН. С этой целью в цепь этой обмотки последовательно включен реостат PR1. Максимальному значению сварочного тока соответствует максимальное значение напряжения холостого хода Uхх.max и соответственно минимальному значению тока – минимальное значение напряжения холостого хода Uхх min для соблюдения условий стабильности процесса. Но регулирование тока только с помощью реостата дает слишком узкие пределы регулирования и соответственно плохое использование генератора. Во избежание этого недостатка в схеме генераторов предусмотрена возможность подключения большего числа витков последовательной размагничивающей обмотки ОР. Эта обмотка изготовлена из толстых медных или алюминиевых шин, так как по ней протекает большой сварочный ток. При большем числе вит-

126

ков обмотки ОР характеристики генератора будут более крутыми, т.е. при тех же значениях напряжения холостого хода будут меньшие значения рабочего тока и другой диапазон регулирования тока. Переключение витков обмотки ОР обычно осуществляется подключением сварочного провода к другому выводному зажиму.

Магнитный поток последовательной обмотки Фр направлен на встречу главному намагничивающему потоку Фн. Уменьшая магнитное поле, созданное намагничивающим потоком Фн, магнитный поток Фр размагничивает генератор. В результате действия этих потоков появляется результирующий поток Фрез.:

Фрез. Фн Фр , Вб.

(67)

Холостой ход генератора. При холостом ходе сварочный ток, а значит, и магнитный поток последовательной обмотки Фр равны 0. Напряжение холостого хода зависит только от действующего магнитного потока намагничивающей обмотки Фн:

U хх С Фн , В,

(68)

где С – постоянная генератора.

Магнитный поток в свою очередь зависит от тока, протекающего по цепи обмотки ОН. Следовательно:

	Фн	Iн Wн		(69)
		Rм.з. , Вб,

где Rм.з – магнитное сопротивление зазоров (сопротивлением магнитопровода из-за малой его величины пренебрегаем).

Из формулы видно, что магнитный поток Фн а, следовательно, напряжение холостого хода можно регулировать, изменяя проходящий ток или число витков, так как сопротивление магнитных зазоров задается при изготовлении. Как было сказано ранее, наиболее целесообразным будет плавная регулировка тока с помощью реостата РR1.

Работа генератора в режиме нагрузки. При включении нагрузки появляется сварочный ток, создающий магнитные потоки последовательной обмотки Фс и обмотки якоря Фя. Действие магнитного потока якоря не учитывается, так как намагничивающее действия в одной половине якоря компенсируются размагничивающим действием в другой,

127

а напряжение снимается со всех витков якоря. Одновременно э.д.с., индуктируемая в якоре генератора, зависит от результирующего магнитного потока, действующего в магнитном зазоре:

Е С Ф рез	, В/м.	(70)

Магнитный поток Фрез является результирующим двух магнитных потоков: Фн, возникающего под действием магнитодвижущей силы намагничивающей обмотки, и Фр, создаваемого магнитодвижущей силой последовательной размагничивающей обмотки:

Е С (Фн Фр )	, В/м.	(71)

Рабочее напряжение генератора меньше э.д.с. в якоре на величину падения напряжения внутри него, т.е.

Е С (Фн Фр ) Iд Rг	, В/м,	(72)

где Rг – внутреннее сопротивление генератора (якоря, последовательной обмотки возбуждения, переходных сопротивлений щеток и пр.).

Магнитный поток Фр, как было указано ранее, зависит от числа витков последовательной обмотки Wр, величины сварочного тока Iд и сопротивления магнитопровода Rм

	Фр	Iд Wp	(73)
		Rм
			, Вб,

поэтому с увеличением сварочного тока противодействующий магнитный поток Фс увеличивается, а рабочее напряжение уменьшается.

Таким образом, внешняя падающая характеристика в генераторах получается в результате размагничивающего действия последовательной обмотки возбуждения.

Работа генератора в режиме короткого замыкания. При коротком замыкании магнитный поток Фр резко возрастает и результирующий поток становится весьма малым. Этот магнитный поток индуктирует в обмотке якоря очень небольшую э.д.с., которая почти полностью расходуется на падение напряжения внутри генератора; следовательно,

128

рабочее напряжение падает почти до нуля, тем самым ограничивая ток короткого замыкания.

Величина тока короткого замыкания может быть определена по закону Ома для полной цепи

Iк.з.	Е
			(74)
	Rв.ц.	Rг , А,

где Rв.ц – сопротивление внешней цепи, Ом.

Так как Up = 0, то можно сделать вывод, что небольшая часть э.д.с., оставшаяся внутри генератора – ток короткого замыкания.

Изменение внешних характеристик в зависимости от положения движка реостата количества витков размагничивающей обмотки показано на рисунке 62.

Рис. 62. Зависимость внешних характеристик в зависимости от положения реостата и перемычки: PR – изменение крутизны внешних характеристик при изменении положения реостата; SA – изменение крутизны внешних характеристик при переключении перемычки

6.2. Генераторы с самовозбуждением

Сварочные генераторы с параллельной намагничивающей обмоткой возбуждения относятся к системе генераторов с самовозбуждением. Их полюса изготовляются из ферромагнитных сталей, имеющих остаточный магнетизм.

На рисунке 62 представлена принципиальная электромагнитная схема генератора с параллельной и последовательной намагничивающими обмотками возбуждения; для упрощения генератор представлен двухполюсным с дополнительным полюсом.

129

Как видно из схемы, генератор имеет на основных полюсах две обмотки: обмотку возбуждения ОН и последовательную намагничивающую ПН. Обмотка возбуждения Н подключена к одной из главных щеток а и дополнительной щетке с установленной посредине между главными щетками. Таким образом, питание обмотки возбуждения осуществляется от напряжения, индуктируемого в половине витков обмотки, и якоря, находящихся между щетками.

Рис. 62. Генератор с самовозбуждением и последовательной намагничивающей обмоткой: а) схема генератора; б) внешние вольтамперные характеристики

Величина магнитного потока обмотки возбуждения Фн обусловливается ампервитками этой обмотки и сопротивлением магнитопровода намагничивающей системы. Направление этого потока зависит от направления тока Iн в обмотке.

Так как в генераторе данной системы напряжение снимается не только со всех витков якоря (щетки а и b), но и от части его витков (щетки а и с), то при анализе работы генератора необходимо учитывать действие магнитного потока якоря под каждой половиной полюса.

Магнитный поток якоря определяется величиной того же сварочного тока Iсв, числом витков якорной обмотки Wя и магнитным сопротивлением Rм того участка генератора, по которому проходит магнитный поток якоря.

Из рисунка 62 видно, что при указанном стрелкой направлении вращения якоря генератора и направлении основного намагничиваю-

130