Практичне заняття №6

Тема: Зварювальні перетворювачі та випрямлячі – джерела живлення електричної дуги постійного струму.

Навчальна мета:

Знати: будову та принцип роботи зварювальних перетворювачів та випрямлячів; способи регулювання зварювального струму.

Вміти: включати до мережі зварювальні перетворювачі або випрямлячі та готувати їх до роботи.

Основні питання заняття

1. Будова та принцип роботи зварювальних перетворювачів. Способи регулювання зварювального струму.

2. Будова та принцип роботи зварювальних випрямлячів. Способи регулювання зварювального струму.

3. Способи запалювання зварювальної дуги. Осцилятори.

Література:

10. Живописцев Е.Н., Косицин О.А. Электротехнология и электрическое освещение. – М.: Агропромиздат, 1990. – 303 с.

11. Кудрявцев И.Ф. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок. – М.: Агропромиздат, 1988. – 480 с.

12. Болотов А.В., Шепель Г.А. Электротехнологические установки. – М: Высш. шк., 1988. -336 с.

1. Будова та принцип роботи зварювальних перетворювачів. Способи регулювання зварювального струму.

Якість зварювання дугою постійного струму вища ніж дугою змінного струму.

Дуга постійного струму може бути прямої полярності, коли до електроду приєднують негативний затискач джерела живлення, а до деталі – позитивний, і зворотної, коли позитивний затискач джерела приєднують до електроду, а негативний – до деталі.

Дугу зворотної полярності застосовують в тих випадках, коли необхідно зменшити виділення теплоти на деталі, що зварюють.

Запалювання дуги постійного струму відбувається при напругах в діапазоні 30…40 В. Напруга холостого ходу U_хх джерела живлення дуги постійного струму знаходиться в межах 45…90 В.

Для живлення дуги постійного струму застосовують:

• перетворювачі;

• випрямлячі.

Перетворювач – це установка, яка складається із асинхронного електродвигуна та генератора постійного струму. Замість електродвигуна може застосовуватись двигун внутрішнього згоряння.

Генератори поділяються на:

• генератори з незалежним збудженням;

• генератори з самозбудженням;

• генератори розподіленими полюсами.

а)	б)	в)

Рис 6.1. Схеми генераторів зварювального струму:

а) з незалежним збудженням; б) з самозбудженням; в) з розподіленими полюсами.

Генератор з незалежним збудженням (рис 6.1, а). При протіканні струму по обмотці ω_н – (намагнічуючій обмотці) в генераторі створюється намагнічуючий магнітний потік Ф_н, який регулюють змінюючи струм за допомогою резистора R. У вихідне коло генератора (до колектора якоря) підключена регулююча обмотка ω_р, яка ввімкнена послідовно з дугою. Регулююча обмотка ω_р створює регулюючий магнітний потік Ф_р при підключеному навантаженні. В залежності від способу ввімкнення обмотки ω_р потік Ф_р буде направлений зустрічно потоку Ф_н, або узгоджено з ним.

При зустрічному направленні потоків регулюючий потік Ф_р створює розмагнічувальну дію і результуючий потік Ф_рез = Ф_н – Ф_р. В цьому випадку зовнішня характеристика перетворювача має крутопадаючий характер.

Така розмагнічувальна обмотка (ω_р) стоїть в генераторах перетворювачів ПСО-200, ПСО-500, ПСО-800, АСО-2000.

Зварювальний струм регулюють ступінчато, перемикаючи кількість витків ω_р і плавно за допомогою реостата R.

Генератор з самозбудженням, рис 6.1, б. працює аналогічно та встановлений в перетворювачі типу ПСО-300 М.

2. Будова та принцип роботи зварювальних випрямлячів. Способи регулювання зварювального струму.

Переваги зварювальних випрямлячів перед зварювальними генераторами полягають в тому, що вони мають більший ККД і кращі динамічні показники при виготовлені та в експлуатації.

Зварювальні випрямлячі складаються із понижуючого трансформатора і випрямляча, який конструктивно виконують на селенових вентилях, напівпровідникових діодах (кремнієвих) або на тиристорах.

Зварювальні випрямлячі бувають:

• з круто- і пологопадаючими зовнішніми характеристиками;

• з жорсткими зовнішніми характеристиками;

• з універсальними зовнішніми характеристиками (можна отримувати падаючі або жорсткі характеристики).

Зварювальні випрямлячі з крутопадаючими зовнішніми характеристиками застосовують для ручного дугового зварювання. До них відносять випрямлячі типу ВСС, ВС і ВДУ.

Випрямляч типу ВС наведено на рис 6.2.

Рис. 6.2. Випрямляч типу ВС.

Цей випрямляч складається із понижуючого трифазного трансформатора з нормальним магнітним розсіюванням, та трифазного мостового випрямляча виконаного на кремнієвих напівпровідникових діодах, стабілізуючого дроселя L, та електродвигуна вентилятора охолодження M.

Зварювальний струм регулюють шляхом переключення секцій первинної обмотки за допомогою перемикача QS1. При цьому змінюється кількість витків первинної обмотки та, відповідно, напруга на вторинній обмотці трансформатора, що призводить до зміни сили зварювального струму.

Стабілізуючий дросель L (котушка зі стальним осердям) обмежує швидкість зростання зварювального струму з метою зменшення розбризкування розплавленого металу, тому що струм в колі з індуктивністю не може змінюватись стрибкоподібно, а змінюється по експоненціальному закону, тобто плавно.

Для розширення діапазону режимів зварювання дросель секціонують.

Зварювальний випрямляч ВДУ (рис. 6.3) – це випрямляч з універсальною зовнішньою характеристикою. Він складається з трифазного трансформатора, трифазного двонапівперіодного випрямляча на тиристорах VS1…VS6, зрівноважувального дроселя L₁, магнітного підсилювача А, блока керування тиристорами, двигуна охолоджуючого вентилятора М та стабілізуючого дроселя L₂.

Магнітний підсилювач А разом з блоком керування тиристорами забезпечує стабілізацію зварювального струму.

Для отримання жорстких зовнішніх характеристик індуктивність дроселя L₂ зменшують, а для отримання крутопадаючих – збільшують.

Зварювальний струм регулюють плавно за допомогою блока керування, який формує імпульси керування, які поступають на керуючі електроди тиристорів. Змінюючи положення імпульсів керування в часі (0 ≤ t_з ≤ T/2) змінюють кут відкриття тиристора (0 ≤ α ≤ ≤ 180°) і, відповідно, середнє значення зварювального струму.

При ↑t_з→↑α →↓І_{звар. сер.} і навпаки при ↓t_з→↓α →↑І_{звар. сер.}

Рис. 6.3. Випрямляч типу ВДУ.

На рис. 6.4. зображений струм в силовому колі тиристора VS1 при t_з < T/4.

Рис. 6.4. Струм в силовому колі тиристора VS1:

t_з – час затримки імпульсу керування, с.

І_сер – середнє значення струму в силовому колі тиристора VS1.

Аналогічно змінюється середнє значення струму в колах інших тиристорів, з яких формується середнє значення зварювального струму.

3. Способи запалювання електричної дуги. Осцилятори.

В промислових установках застосовуються наступні способи запалювання дуги:

• імпульсне доторкання електродів;

• вибух провідника малого перерізу;

• високочастотний високовольтний пробій дугового проміжку.

При доторканні електродів під напругою в точці їх торкання в перехідному контакті виділяється теплова енергія, яка викликає розплавлення ділянки електрода. При подальшому розведенні місток із розплавленого металу вибухає. Під дією електричного поля між електродами електрони з катоду рухаючись до аноду збільшують іонізацію продуктів вибуху рідкого металу та створюють коло струму через плазму, що утворюється. При струмі дуги більше за 50 А швидкість розведення електродів не повинна перевищувати 0,01 м/с.

У випадках, коли електроди нерухомі або стрибок струму, що виникає при їх замиканні, перевищує допустимі межі, запалювання дуги відбувається ввімкненням джерела живлення на закорочені тонким провідником електроди. Для успішного запалювання дуги необхідно, щоб дріт вибухав при силі струму, близькому до номінального струму дуги, щоб температура продуктів вибуху металу дроту була близькою до температури плазми дугового розряду.

Плазмою прийнято називати речовину, яка знаходиться у четвертому стані (в доповненні до твердого, рідкого та газоподібного) і характеризується наявністю нейтральних молекул і атомів, а також заряджених частинок – електронів і іонів, які проводять електричний струм і які підпорядковуються законам магнітної газодинаміки.

Запалювання дуги імпульсним пробоєм дугового проміжку, що знаходиться під напругою джерела живлення виконується за допомогою осцилятора.

Осцилятор – це перетворювач струму промислової частоти (f = 50 Гц) низької напруги (60-220 В) в струм високої частоти (150…500 кГц) високої напруги 2000…8000 В.

Електрична схема осцилятора наведена на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Принципіальна електрична схема осцилятора.

До його складу входять підвищувальний трансформатор Т_р1 з вихідною напругою 3…8 кВ, іскровий розрядник Р, високочастотний трансформатор Т_р2, струмообмежувальний резистор R, конденсатор C_к та котушка індуктивності L_к, які утворюють коливальний контур, який виділяє із широкого спектру струмів різних частот, які генеруються іскровим розрядником, струм з частотою 150-500 кГц, необхідний для пробою міжелектродного проміжку та безпечний для людини.

Елементи L і C запобігають потраплянню струмів високої частоти в мережу живлення, конденсатор C_б запобігає потраплянню напруги джерела живлення дуги в обмотку високочастотного трансформатора.

Контрольні питання

1. Які фізичні процеси відбуваються в міжелектродному проміжку електричної дуги?

2. Який вид має вольт-амперна характеристика (ВАХ) дуги в області малих, середніх і великих струмів?

3. Які особливості горіння дуги змінного струму?

4. Які застосовуються способи запалювання електричної дуги?

5. Як забезпечується стійке горіння дуги?

6. Які є способи регулювання зварювального струму?

7. Яку будову має зварювальний перетворювач і яким способом регулюють напругу на виході генератора постійного струму?

8. Яку будову має трифазний випрямляч виконаний на напівпровідникових діодах? Поясніть його роботу.

9. Яку будову має трифазний випрямляч виконаний на тиристорах і як регулюють напругу на його виході?

10. Поясніть призначення, будову та принцип роботи осцилятора.