Сварочные выпрямители

Это устройства, преобразующие с помощью полупроводниковых элементов — вентилей — переменный ток В постоянный и предназначенные для питания сварочной дуги. Их действие основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении; в обратном направлении они (полупроводники) практически электрический ток не пропускают.

Наибольшее применение в сварочных выпрямителях получили селеновые и кремниевые полупроводники. Селеновые полупроводники получили большое распространение потому, что они дешевые и обладают большой перегрузочной способностью (их к. п. д. около 75 %).

Сварочные выпрямители обладают некоторыми преимуществами перед преобразователями с  вращающимися роторами (табл.), так как они имеют лучшие энергетические и  весовые показатели, более высокий к. п. д. и просты в обслуживании. Кроме того, они имеют меньшие потери при холостом ходе и лучшие сварочные качества (как результат более широких пределов регулирования), отсутствует шум при работе. Дефицитные медные обмотки заменены в них  на  алюминиевые.

Принцип работы сварочного выпрямителя

Сварочные выпрямители собирают по двум наиболее распространенным схемам: однофазной мостовой двухполупериодного выпрямления и трехфазной мостовой.

Рис. 1. Принципиальные типовые схемы выпрямителей: а — однофазная мостовая, б — трехфазная мостовая

Наиболее распространена трехфазная мостовая схема выпрямления, которая обеспечивает большую устойчивость горения сварочной дуги при меньшем количестве вентилей при одинаково заданных значениях выпрямленного напряжения и тока, более равномерную загрузку всех трех фаз силовой сети и лучшее использованне трансформатора сварочного выпрямителя.

При работе выпрямителя по этой схеме в каждый данный момент времени ток проводят только два элемента, соединенные последовательно с нагрузкой. Таким образом, в течение одного периода получается шесть пульсаций тока.

Сварочные выпрямители, в зависимости от внешних характеристик, можно разделить на три типа: с крутопадающими характеристиками с жесткими (или пологопадающими) характеристиками универсальные, обеспечивающие получение падающих, жестких и пологопадающих характеристики

ПОНЯТИЕ ОБ УСТРОЙСТВЕ СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА И РЕГУЛЯТОРА (ДРОССЕЛЯ)

Сварочные трансформаторы применяют при сварке переменным током для понижения напряжения заводской сети с 220—380 в до 60—65 в, необходимого для возбуждения сварочной дуги.

Величину сварочного тока изменяют регулятором (дросселем). Трансформатор и регулятор могут быть выполнены в виде отдельных аппаратов или объединены в одном корпусе и иметь обмотки на общем сердечнике.

Современные типы сварочных трансформаторов (СТН, ТС и др.) выпускаются в однокорпусном исполнении. Трансформаторы выпуска прошлых лет (типа СТЭ), которые еще иногда используются в промышленности, имели двухкорпусное исполнение (с отдельным дросселем).

Электрическая схема и магнитная система трансформатора типа СТН в однокорпусном исполнении показаны на рис. 20. Основой трансформатора является замкнутый магнитопровод 1 (сердечник), набранный из большого количества одинаковых пластин, отштампованных из тонкой (0,5 мм) листовой трансформаторной (электротехнической) стали и стянутых шпильками. На сердечнике находятся обмотки 2 и 3 с различным числом витков. Если по обмотке 2 с большим числом витков пропускать переменный ток, то он будет намагничивать сердечник 1, создавая в нем переменный магнитный поток. Этот магнитный поток воздействует на витки второй обмотки 3, вследствие чего в ней появляется индуктированный переменный ток, но другого напряжения, величина которого зависит от числа витков в обмотке 3. Чем больше витков имеет обмотка 3, тем выше напряжение индуктируемого в ней тока, и наоборот. Так как обмотка 3 сварочного трансформатора имеет меньше витков, чем обмотка 2, то возникающий в обмотке 3 ток будет меньшего напряжения, но большей величины.

Обмотка 2, в которую поступает ток из сети, называется первичной, а обмотка 3, от которой ток отводится в сварочную цепь,— вторичной. На рис. 4, а путь магнитного потока в сердечнике показан штриховыми линиями. Для получения более компактной конструкции трансформатора катушки его первичной и вторичной обмоток обычно помещают на обоих стержнях сердечника.

(Рис.4) Электрическая Схема (а) и магнитная система (б) трансформатора СТН в однокорпусном

1-магнитопровод Тр

2-Первичная обмотка

3-Вторичная обмотка

4-Магнитопровод регулятора

5-Обмотка регулятора

6-Передвижной пакет магнитопровода

7-Электрод

8-Свариваемый метал

9-Рукоятно регулятора

Верхняя половина магнитопровода 1 используется как сердечник регулятора тока (дросселя). Магнитный поток сердечника трансформатора и сердечника дросселя замыкается по средней

перемычке общего для них магнитопровода. Катушки первичной 2 и вторичной 3 обмоток трансформатора и реактивной обмотки 5 дросселя расположены на общем магнитопроводе 1. Вторичная 3 и реактивная 5 обмотки включены навстречу друг другу (встречное включение). Благодаря этому магнитные потоки, возникающие в сердечнике при прохождении тока по вторичной и реактивной обмоткам, направлены навстречу друг другу. В той части сердечника, где расположена реактивная обмотка, имеется подвижной пакет 6, образующий с неподвижной частью сердечника воздушный зазор а, величина которого изменяется при вращении рукоятки 9 регулятора.

При вращении рукоятки 9 по часовой стрелке воздушный зазор а увеличивается. Вследствие этого возрастает сопротивление прохождению магнитного потока в верхней части сердечника, и магнитный поток в ней уменьшается; это приводит к уменьшению

индуктивного сопротивления обмотки регулятора, отчего сварочный ток возрастает.

При вращении рукоятки 9 против часовой стрелки воздушный зазор а уменьшается, что вызывает повышение индуктивного сопротивления обмотки регулятора, и сварочный ток уменьшается. Когда сварочная цепь разомкнута и дуга между электродом 7 и свариваемым металлом 8 не горит, то ток не проходит через реактивную обмотку 5 и она работает как часть вторичной обмотки 3 трансформатора.

ВКЛЮЧЕНИЕ, РЕГУЛИРОВАНИЕ И ВЫКЛЮЧЕНИЕ СВАРОЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Подключение сварочных преобразователей к сети должен выполнять только электромонтер. Электросварщику разрешается подключать к преобразователю сварочные провода.

Для пуска в ход сварочного преобразователя необходимо включить электродвигатель, приводящий во вращение якорь генератора. Перед включением электродвигателя сварщик должен:

Проверить надежность всех контактов в местах соединения проводов сварочной цепи и механических креплений;

проверить, хорошо ли заземлен корпус преобразователя;

Осмотреть щетки и коллектор генератора, убедиться в их чистоте и исправности; если нужно — очистить преобразователь от пыли и грязи, при необходимости протереть и продуть коллектор и щетки сжатым воздухом или азотом;

Поставить на доске зажимов 9 (см. рис. 18) перемычку в положение, соответствующее пределам применяемого сварочного тока (влево —до 300 а, вправо до 500 а);

Повернуть до отказа против часовой стрелки маховичок 8 (см. рис. 18) реостата для регулирования сварочного тока;

Надежно присоединить один сварочный провод к свариваемой детали или сварочному столу, а второй — к электрододержателю, в соответствии с требуемой полярностью тока при сварке данного металла или маркой применяемого электрода;

Убедиться в том, что сварочная цепь разомкнута, т. е. присоединенный к проводу электрододержатель не касается сварочного стола или свариваемой детали.

После выполнения перечисленных выше операций можно включить рубильник электродвигателя сварочного преобразователя. Некоторые электродвигатели имеют специальную рукоятку для переключения их обмоток со звезды на треугольник. При пуске этих электродвигателей необходимо перед включением рубильника пусковую ручку поставить в положение против знака Y (звезда);

когда якорь двигателя получит нормальное число оборотов, ручку ставят против знака А (треугольник).

Во время первого пуска следует проверить правильность направления вращения коллектора, который должен вращаться против часовой стрелки (если смотреть со стороны коллектора). При неправильном направлении вращения нужно поменять местами провода двух любых фаз в месте подключения электродвигателя к питающей сети.

Сварочный ток регулируется поворотом маховичка, около которого на корпусе реостата помещена шкала с делениями, соответствующими току в амперах. Если на щитке сварочного преобразователя имеется амперметр, ток регулируется по показаниям этого прибора.

Преобразователь выключается рубильником. Перед выключением преобразователя сварку следует прекратить, а сварочную цепь (электрод — свариваемый металл) разомкнуть.

Правила безопасности при эксплуатации сварочных преобра­зователей.

При эксплуатации сварочных преобразователей необходимо помнить:

напряжение на клеммах двигателя, равное 380/220 В, является опасным. Поэтому они должны быть закрыты. Все подсоединения со стороны высокого напряжения (380/220 В) должен осуществлять только электрик, имеющий право на производство электромонтажных работ; корпус преобразователя должен быть надежно заземлен; напряжение на клеммах генератора, равное при нагрузке 40 В, при холостом ходе генератора ГСО-500 может повышаться до 85 В. При работе в помещениях и на открытом воздухе при наличии повышенной влажности, пыли, высокой окружающей температуры воздуха (выше 30^oС), токопроводящего пола или при работе на металлических конструкциях напряжение выше 12 В считается опасным для жизни.

При всех неблагоприятных условиях (сырое помещение, токопроводящий пол и др.) необходимо пользоваться резиновыми ковриками, а также резиновой обувью и перчатками.

Опасность поражения глаз, рук и лица лучами электрической дуги, брызгами расплавленного металла и меры защиты от них те же, что и при работе от сварочных трансформаторов.

Мероприятия по технике безопасности противопожарной технике во время эксплуатации трансформаторов

Маслонаполненные трансформаторы являются пожароопасным оборудованием. Трансформаторное масло, про масляная изоляция трансформатора является легковоспламеняющимся горючим материалом и могут легко воспламеняться при небрежном выполнении огневых работ (сварка, прогрев, сушка, применение открытого огня вблизи трансформатора), что может привести к повреждению трансформатора, а также и другого оборудования. Все ремонтные работы на трансформаторе должны проводиться при соблюдении мер пожарной безопасности. Сварочные работы на трансформаторе можно выполнять при сле- дующих условиях : -место сварки должно находиться ниже уровня масла маслонаполненного трансформатора на 200-250мм, во избежание воспламенения паров масла, на месте производства работ должен быть оборудован противопожарный пост.Работающий трансформатор должен быть оборудован противопожарным инвентарем (ящик с сухим песком, лопата, пенные или углекислотные огнетушители).

При ремонтах и эксплуатации трансформаторов следует руководствоваться действую- щими «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок». Запрещается приближение людей и механизмов к токоведущим частям 110кВ транс- форматора ближе 1м для людей и 1,5м для механизмов ; со стороны токоведущих частей 10кВ 0,6м для людей и 1,0м для механизмов.

Необходимо соблюдать правила техники безопасности при обслуживании трансформатора.

Заключение

В настоящее время еще не существует единого мнения относительно наилучших способов получения жестких и возрастающих характеристик и их вида, однако потребности практики заставляют уже сейчас изменять внешние характеристики существующих преобразователей с помощью специальных «приставок» (в виде, например, автоматической системы регулирования напряжения в цепи обмотки возбуждения сварочного генератора), либо создавать специальные генераторы с жесткими или возрастающими характеристиками. Наиболее простой принцип создания специального сварочного генератора с жесткой характеристикой - использование схемы генератора с двумя обмотками возбуждения, независимой и последовательной, включенными согласно.  При таком включении последовательная обмотка возбуждения создает подмагничивающий поток возбуждения, что и будет обеспечивать жесткую или возрастающую внешнюю характеристику генератора. В настоящее время промышленностью выпускается только один тип специального сварочного преобразователя с жесткими и возрастающими характеристиками - ПСГ-350 для питания сварочной цепи автоматов и полуавтоматов, предназначенных для сварки в защитных газах (СО2; Аr) тонкой электродной проволокой диаметром 0,8-2,0 мм.  Преобразователь ПСГ-350 одно-корпусный (габариты 1085 X 555 X 980 мм; вес 400 кг). Генератор имеет четыре главных и четыре дополнительных полюса.  На главных полюсах расположены две обмотки: обмотка независимого возбуждения и последовательная - подмагничивающая, секционированная на две ступени. При включении двух витков последовательной обмотки получается слегка возрастающая внешняя характеристика, а при включении одного витка последовательной обмотки - жесткая характеристика. Напряжение генератора регулируется путем изменения тока в цепи обмотки независимого возбуждения с помощью реостата. Генератор с такими характеристиками может быть использован только при сварке тонкой электродной проволокой, которая в моменты короткого замыкания играет в сварочной цепи роль плавкой вставки, не допускающей чрезмерного возрастания Iк.з.

Сварочные генераторы этого типа имеют два недостатка: 1) относительно низкое напряжение холостого хода, что в известной мере затрудняет зажигание дуги; 2) невозможность использования для питания сварочных цепей при ручной сварке либо при сварке под флюсом, когда требуется падающая внешняя характеристика. По указанной причине в настоящее время наблюдается тенденция к созданию схем универсальных генераторов, которые позволяли бы простым образом переходить, от падающих характеристик к жестким и возрастающим и наоборот. Очевидно, в дальнейшем, наряду с обычными типами, промышленность будет выпускать и генераторы универсального типа, пригодные для всех видов дуговой сварки.

Литература:

В.Г. Лапачев: Ручная дуговая сварка

В.Я.Володин: Сварочные аппараты

В.С.Милюин,М.П.Шалимов,С.М.Шаняуров:Источника питания для сварки

Александров А.Г. - Эксплуатация сварочного оборудования

Каракозов Э.С. - Справочник молодого электросварщика

Фоминых В.П. – Электросварка

Александров А.Г. - Эксплуатация сварочного оборудования