18. Робота генератора системи незалежного збудження з послідовною розмагнічувальною обмоткою

Генератори даної системи широко застосовуються у вигляді зва­рювальних перетворювачів, оскільки незалежна обмотка збудження живиться від тієї ж мережі, що підводиться до електродвигуна. Вони призначені в основному для ручного дугового зварювання і різання плавленням, а також частково і для зварювання під флюсом.*

Генератор має нерухому частину - статор із чотирма головни­ми полюсами і обертову частину - ротор - якір із колектором з дво­ма спареними щітками. На двох геометрично протилежних одноіменних N полюсах вкладена обмотка незалежного збудження НО, на двох інших 5 полюсах - послідовна розмагнічувальна обмотка ПР.

Обмотка НО живиться від мережі через знижуючий трансфор­матор та випрямний блок, який змонтовано в корпусі генератора. Обмотка ПР увімкнена послідовно з якорем і навантаженням. Магнітні потоки Фн і Фр, які створюються цими обмотками, замикаються на полюси, залізо якоря, корпуси генератора і направлені зустрічно (рис. 4.6).

При обертанні ротора генератора в якірній обмотці утворюєть­ся змінна ЕРО, яка завдяки колекторному пристрою перетворюєть­ся в постійну ЕРО при незмінній величині магнітних потоків. Розмаг­нічувальна дія послідовної обмотки дає можливість отримати в генераторі спадну вольт-амперну характеристику. Плавне регулю­вання зварювального струму здійснюється за рахунок зміни струму збудження Iн в незалежній обмотці з допомогою регулятора струму R1, ступінчасте регулювання - зміною числа витків послідовної розмагнічувальної обмотки.

Принцип регулювання струму і створення зовнішньої характе­ристики визначається з аналізу роботи генератора в різних режимах.

РОБОТА ГЕНЕРАТОРА

Аналіз роботи генератора проводиться у трьох режимах: неро­бочий хід, навантаження та коротке замикання.

Струм намагнічування Iн, проходячи по обмотці НО, створює магнітний потік Фн, завдяки чому в якірній обмотці утворюється ЕРС генератора Ег

4.10

де С - постійна генератора, Wн - число витків незалежної об­мотки збудження, - магнітний опір на шляху потоку Фн.

Величина Ег без втрат подається на клеми генератора і дорівнює напрузі неробочого ходу генератора U₂₀. 3 виразу (4.10) випливає, що U₂₀ можна плавно регулювати зміною струму збудження Iн в незалежній обмотці за допомогою R1.

В режимі навантаження по зварювальному колу, по якірній та розмагнічувальній обмотках проходить струм Iд, який створює магнітні потоки Фр і Фя. Потік Фр направлений назустріч потоку Фн, а потік реакції якоря Фя замикається по тілу якоря та полюсного башмака і направлений перпендикулярно Фн та Фр. Тому результуючий магнітний потік Ф_∑=Фн-Фр. Сумарний потік Ф_∑ створює ЕРС генератора Ег

4.11-4.12

де І_РК_А- спад напруги за рахунок втрат в активному опорі генера­тора (опір провідників якоря, колектора, щіток і т. п.).

Остаточний вигляд виразу (4.12) характеризує рівняння зовніш­ньої характеристики генератора незалежного збудження з послідов­ною розмагнічувальною обмоткою. З виведеного рівняння бачимо, що зі зростанням струму навантаження /д напруга генератора спа­дає за рахунок магнітного потоку послідовної розмагнічувальної об­мотки і часткового спаду напруги в середині генератора.

Фізичний зміст формування спадної вольт-амперної характерис­тики полягає в тому, що зі збільшенням зварювального струму Ід потік Фр зростає, що призводить до зменшення результуючого магнітного потоку Ф_∑, до зниження ЕРС Ег і напруги Uг генератора, тобто:

Із виразу (4.12) за умови рівності напруги дуги і генератора (С/Г=(УД) можна визначити величину зварювального струму:

4.13

З наведеної формули бачимо, що при постійній величині Uд струм навантаження можна регулювати шляхом зміни напруги неробочого ходу генератора (плавне регулювання) або зміною числа витків послідовної обмотки Wр(ступінчасте регулювання).

Основний спосіб регулювання - плавна зміна струму наванта­ження регулятором струму R1 в колі незалежної обмотки збудження. При цьому за рахунок регулювання струму намагнічування Iн відбува­ється зміна напруги U20. Фізичне пояснення цього способу полягає в наступному. Зі збільшенням струму намагнічування Iн зростає Фн, а отже - і результуючий потік Ф∑. В результаті цього збільшується ЕРС Ег, напруга Uг і струм Iд генератора.

Кратність плавного регулювання зварювального струму Ідmax/Iдmin невелика і складає приблизно 2...3. Це пояснюється тим, що зі зростан­ням /д збільшується і напруга неробочого ходу генератора, яка об­межена вимогами техніки безпеки і становить 60-100 В.

Ступінчасте регулювання струму здійснюється зміною числа витків послідовної розмагнічувальної обмотки. При 100 % увімкненні числа витків Wр-ступінь малих струмів, при 40 %-ступінь великих струмів.

На рис. 4.7 наведено графічне зображення спадної зовнішньої характеристики генератора. Зі зростанням струму /д (при зміні опо­ру навантаження) напруга генератора Uг спадає:

Спадна зовнішня характеристика у генераторі з послідовною обмоткою створюється завдяки її розмагнічувальній дії.

Коротке замикання. Режим к.з. можна розглядати як випадок режиму навантаження. При спадній ВАХ в режимі короткого зами­кання Uд=Uг≈0. Тоді з рівняння (4.13) струм Ікз буде дорівнювати:

4.14

В режимі короткого замикання, так само як і в режимі наванта­ження, плавне регулювання струму Iкз здійснюється за рахунок зміни напруги неробочого ходу U20 , а ступінчасте - шляхом зміни числа витків обмотки Wр. Рідше ступінчасте регулювання виконують з допо­могою баластового реостата RБ опором R2, встановленого послідов­но з дугою.

Рівняння зовнішньої характеристики генератора з баластовим реостатом має вигляд:

4.15

а рівняння регулювання зварювального струму І виглядає так:

4.16

З рівняння (4.16) випливає, що при збільшенні RБ сила струму Iд знижується.

В такому випадку плавне регулювання режиму виконується зміною струму незалежної обмотки, а ступінчасте - секціонуванням послідовної обмотки та вмиканням баластового реостата.