ВЫБОР И МОНТАЖ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

§ 1. ВЫБОР РОДА ТОКА

Выбор типа источника питания для дуговой сварки производится в каждом отдельном случае, исходя из требований технологического процесса и конкретных условий производства. Поэтому в настоя­ щей главе мы ограничимся лишь изложением общих принципов вы­ бора сварочного оборудования и приведем сравнительные данные, которые могут служить исходными предпосылками при решении вопроса о выборе оборудования для сварочных работ.

Род тока источника, питающего дугу, определяется главным , образом характером технологического процесса: способом и режимом дуговой сварки, типом изделия и свойствами свариваемого металла.

При современном развитии сварочной техники сварочные транс­ форматоры обеспечивают достаточную устойчивость дуги и требуемое качество сварного соединения в большинстве случаев ручной сварки открытой дугой и автоматической сварки под флюсом разнообразных стальных изделий толщиной от 2 мм и выше.

Переменный ток применяется также при сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов, в первую очередь в случае сварки алюминия и алюминиевомагниевых сплавов.

Сварочные генераторы применяются в основном при ручной сварке на малых токах, так как дуга постоянного тока при таких режимах более устойчива, а также для сварки цветных металлов и сплавов и при автоматической сварке металла малой толщины (до 4 мм) под флюсом и в среде защитных газов. В последнем случае сварка произ­ водится обычно на обратной полярности, что создает более благо­ приятные условия для формирования сварного шва. Наибольшее при­ менение сварочные генераторы с приводом от двигателей внутреннего сгорания имеют в полевых и монтажных условиях, когда отсутствует силовая электрическая сеть переменного тока.

Некоторые сравнительные показатели источников переменного и постоянного тока приведены в табл. 15. Как видно из данных, при­ веденных в табл. 15, сварочные трансформаторы обладают значи­ тельными технико-экономическими (преимуществами по сравнению с генераторами постоянного тока. Поэтому сварочные трансформа­ торы, как уже указывалось, являются в СССР основным типом источ­ ников питания для дуговой сварки.

Таблица 15,

Сравнительные данные источников переменного и постоянного тока

	Показатели				Сварочные					Преобразователи
					трансформаторы					с генераторами
										постоянного тока
Средний к. п. д.................					0,83-0,85					0,5—0,54
Средний		коэффициент			0,52—0,62					0,85-0,88
мощности при нагрузке . .
Относительный				расход
энергии	на	1 кг		наплав­	50—60					100
ленного	металла		в	% . . .
Относительная			стоимость		17—25					100
единицы оборудования в %							враща­
Уход	и	обслуживание			Отсутствуют				ся	Наличие вращающих­
					ющиеся	части,		что		частей, коллектора)
					упрощает	уход	и	по­	и т. п. усложняет уход
					вышает	надежность			и	несколько	снижает
					в эксплуатации				надежность в эксплуа­
Относительный				вес в %	30—35				тации
										100
Относительная			площадь,			*
занимаемая оборудованием,					15-20					100
в % .........................................
	§ 2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ СВАРОЧНЫХ ПОСТОВ
Существуют две системы питания постов:									однопостовая		и мно­

гопостовая. Многопостовые сварочные трансформаторы не нашли применения в СССР. Поэтому вопрос о выборе системы пита­ ния относится к генераторам постоянного тока. Применение много­ постовых генераторов может быть рациональным в цехах со стаци­ онарными рабочими местами, расположенными компактными груп­ пами.

Как было показано в главе XVII, многопостовые генераторы по сравнению с однопостовыми обладают рядом преимуществ: значи­ тельно меньшие стоимость и затраты на уход и обслуживание, воз­ можность в случае необходимости производить сварку большими токами и т. п. Однако из-за больших потерь в балластных реостатах общий к. п. д. многопостовых преобразователей значительно ниже, чем у однопостовых. Вследствие этого средний расход энергии на 1кг наплавленного металла при многопостовой системе будет на 40— 60% больше, чем при однопостовой. Расходы на устройство главной магистрали для подвода тока к сварочным постам при многопостовой системе питания также будут больше. Поэтому окончательный выбор системы питания следует произвести на основе сравнения общей стоимости эксплуатации оборудования в течение часа, включив в\ этот показатель стоимость электроэнергии, ремонта, обслуживание и отчисления на амортизацию оборудования.

§ 3. ВЫБОР ТИПА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

При выборе типа источника переменного тока следует исходить из основных свойств различных систем сварочных трансформаторов, описанных во втором разделе. В сварочных цехах со стационарными условиями работы наиболее рационально применять однокорпусные сварочные источники питания типа СТАН, СТН, ТСД и т. п. (см. второй раздел). В монтажных условиях, на строительных, площад­ ках целесообразно применять трансформаторы с отдельными дроссе­ лями.

Однопостовые сварочные генераторы в настоящее время в СССР

выпускаются в основном двух систем: 1) генераторы с расщеплен­ ными полюсами и 2) генераторы с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения. По своим статическим и динамическим свойствам, способам регули­ рования и степени надежности в эксплуатации эти системы практи­ чески равноценны.

По конструкции источники питания постоянного тока разделяются на три основных типа: 1) однокорпусные передвижные преобразова­ тели с приводом от асинхронного двигателя; 2) стационарные двухмашинные сварочные агрегаты, состоящие из генератора и электрического двигателя; 3) сварочные агрегаты с двигателями внутреннего сгорания.

В сварочных цехах и для работ на открытом воздухе при наличии силовой электрической сети переменного тока наиболее рационально

применение •	передвижных однокорпусных преобразователей типа
ПС, монтаж	и эксплуатация которых значительно проще, чем двух­

машинных агрегатов.

Вусловиях повышенной влажности, например на судах морского

иречного флота, следует применять специально разработанные для таких условий сварочные агрегаты типа САМ и ПАС-400.

Сварочные агрегаты с двигателями внутреннего сгорания в основ­ ном предназначены для использования в качестве источников питания дуги при отсутствии силовой электрической сети переменного тока.

§4. ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ПО МОЩНОСТИ

гВыбор оборудования по мощности, номинальному току и пределам регулирования производится, исходя из типовых режимов свароч­ ных работ, для которых предназначается источник питания. По за­ данным предельным режимам сварки выбор источника питания осу­ ществляется по табл. 5 и 9, в которых приведены технические данные всех основных источников питания, выпускаемых в СССР. При вы­ боре источника питания не следует чрезмерно завышать его мощ­ ность против требуемой по технологическому процессу, так как при недогрузке источники питания работают с низкими к. п. д. и коэф­

фициентом мощности.

§ 5. РАЗМЕЩЕНИЕ И УСТАНОВКА ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Источники питания могут устанавливаться или в отдельном поме­ щении (в машинном зале), или в сварочном цехе, непосредственно около рабочих мест. При размещении оборудования в отдельном помещении условия эксплуатации значительно улучшаются, уход и обслуживание упрощаются. Однако для отдельного машинного зала необходима специальная площадь, увеличивающая общую произ­ водственную площадь. Канализация сварочного тока от источников питания, установленных в отдельном машинном зале, к постам сопря­ жена с увеличением расхода проводов и дополнительными потерями энергии в низковольтной сварочной сети. В случае невозможности вынесения регулирующей аппаратуры к месту работы процесс на­ стройки режима сварки усложняется.

По этим причинам больше распространен способ индивидуаль­

ного или группового	размещения оборудования непосредственно
в цехе возле рабочих	мест. Оборудование желательно размещать

так, чтобы оно не загромождало и не занимало лишней производствен­ ной площади, например, между колоннами, вдоль стен цехового зда­ ния или на специальных галереях, устроенных над производственной площадью. Современные сварочные преобразователи имеют защищен­ ную конструкцию, предохраняющую их от механического поврежде­ ния и попадания брызг и посторонних предметов. С другой стороны, защищенная конструкция устраняет возможность соприкосновения с вращающимися и токоведущими частями оборудования. Поэтому нет необходимости в специальном ограждении оборудования, размещен­ ного в сварочном цехе. На открытом воздухе оборудование должно устанавливаться под специальными навесами, защищающими его от атмосферных осадков.

Источники питания, устанавливаемые индивидуально около рабо­ чих мест, должны снабжаться отдельным щитком с предохраните­ лями (тип ПР-1), а также рубильником (типа РО-3, Р-3 или Р-5) или контактором для включения в распределительную силовую элек­ трическую сеть переменного тока. В однопостовых установках пре­ дохранители в сварочную цепь не ставятся. В сварочной цепи, пита­ емой от сварочных трансформаторов, рубильник обычно также не устанавливается. В однопостовых уварочных преобразователях по­ стоянного тока желательно иметь в сварочной цепи переключатель полярности типа ПО-3, П-3 или П-5, которые выбираются в соот­ ветствии с номинальным током источника питания. При автомати­ ческой сварке от преобразователей постоянного тока в сварочную цепь включается контактор для отключения автомата от источника питания после прекращения работы.

В главной сварочной магистрали многопостового преобразова­ теля устанавливают однополюсный рубильник или контактор, рас­ считанные на полный номинальный ток многопостового генератора при длительном режиме. В этой магистрали должен быть установлен также максимальный автомат или предохранитель.

По условиям безопасности и удобства обслуживания необходимо при размещении оборудования оставлять между отдельными машина­ ми и аппаратами требуемые проходы и располагать машины на опре­ деленном расстоянии от стен. Проходы между сварочными преобразо­ вателями и агрегатами должны быть не менее 0,8 м. Разрешается раз­ мещать преобразователи и агрегаты попарно, ставя их друг к другу с зазором не менее 0,2 м так, чтобы был обеспечен доступ к при­ борам, реостатам и клеммам. При установке у стены расстояние |ОТ преобразователя до стены должно быть не менее 0,3 м. Если преоб­ разователь обращен к стене торцом, где расположен коллектор, то расстояние до стены должно быть не менее 0,5 м. Проходы между стационарными многопостовыми преобразователями должны быть не менее 1,5 л€, а расстояния до стены такие же, как у однопостовых преобразователей.

Проходы между трансформаторами для автоматической сварки должны быть не менее 0,8 м. Расстояния между рядом стоящими трансформаторами для ручной дуговой сварки должны быть не ме­ нее 0,1 му а между трансформаторами и стеной — не менее 0,2 м.

Однокорпусные передвижные сварочные преобразователи и транс­ форматоры устанавливаются без фундаментов на полу цеха. Стацио­ нарные однопостовые сварочные агрегаты в двухмашинном испол­ нении, смонтированные на плите или раме, и многопостовые свароч­ ные преобразователи устанавливаются на специальных фундаментах. Фундамент обычно делается бетонным или кирпичным на цементном растворе с заливкой в него фундаментных болтов диаметром 16—20 мм на глубину 450—600 мм для крепления плиты или основания преобра­ зователя. Фундамент должен быть проверен по уровню, с тем чтобы оборудование было установлено в горизонтальном положении.

Допускается временная установка стационарных агрегатов и много постовых преобразователей на деревянных брусьях или непо­ средственно на прочном полу цеха.

§6. УСТРОЙСТВО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ СЕТИ

ИКАНАЛИЗАЦИЯ СВАРОЧНОГО ТОКА К ПОСТАМ

Питание сварочного оборудования осуществляется от цеховой магистральной распределительной силовой сети переменного тока. Силовые сети выполняются проводом марки ПР на изоляторах по потолку или стене цеха, а также проводом марки ПР в стальных трубах или кабелем в траншеях и каналах.

При расчете нагрузки силовой сети следует учитывать, что не все сварочные посты работают одновременно и, кроме того, часть времени оборудование работает вхолостую.

Оба эти фактора — коэффициент одновременности и коэффициент загрузки — учитываются так называемым коэффициентом спроса kc.

Расчетный суммарный ток нагрузки в сварочной сети от рабо­ тающих постов, питаемых от однотипных источников питания, опре­ деляется по формуле

					/ р =		kctilnc,				(263)
где / р — расчетный ток				в	сварочной сети;
	kc — коэффициент спроса;
	п — число	сварочных			постов;
	1пс — средний ток		одного			поста.
Коэффициент спроса рассчитывается по уравнению
				К =		* У	1 + ^	,			(264)
где	в — заданная средняя относительная продолжительность работы
	поста. Обычно в меняется в пределах от 0,3 до 0,6. По дан­
	ным работы		[53],		можно принять среднее значение						©=
	= 0,4 -г- 0,6. Следовательно, средний коэффициент спроса
	kc = 0,45 -т- 0,6 при					п > 5. .		суммарную расчетную			по­
	По расчетному току			/ р определяют
лезную мощность источников сварочного тока:
			Рр = /р£/* • Ю_3 квпг,							(265)
где	UH— номинальное рабочее напряжение на клеммах источника
	питания. Обычно Uн =						30 - г -	40 в (см. табл. 5 и 9).
	Расчетную кажущуюся мощность, потребляемую из силовой сети,
определяют из выражения
				S р			Рр				(266)
						COS <ристшс		»
где	cos <fuc — средневзвешенный						коэффициент мощности источника
		питания с учетом работы вхолостую. Для сварочных
		трансформаторов					принимают		cos quc =	0,4 ч- 0,45;
		для сварочных преобразователей постоянного тока
		cos Чис =		0>65 -г- 0,7;					питания.
	ч\ис — средний			к.	п.	д.	источника			для каждой
	Расчетная	кажущаяся			мощность Sp определяется

группы однотипных источников питания раздельно. Затем эти мощ­

ности суммируют	и определяют суммарную расчетную кажущуюся
мощность 2*5р> потребляемую		всеми источниками питания из сило­
вой сети.	в питающей сети при равномерной загрузке трех
Расчетный ток
фаз определяется, исходя из расчетной мощности,
	_	2У Ю 3
	рс	^ 3 и с *

где Uс — напряжение питающей силовой сети.

Сечение проводов и кабелей цеховой распределительной маги­ страли выбирают исходя из расчетного тока нагрузки 1рс. Выбор сечения производят либо с учетом экономичности по потерям энергии в линии по так называемой экономической плотности тока j9, либо по существующим нормам на допустимую длительную нагрузку проводов и кабелей (см. [52]).

Рекомендуемая Техническим управлением МЭС экономическая плотность тока }9 для проводов и кабелей с медными жилами равна 2—2,25 а/мм2. Сечение проводов и жил кабелей по экономической плотности тока выбирают по формуле

Выбранное сечение необходимо проверить на потерю напряжения

всиловой сети. По существующим нормам потеря напряжения в си­ ловых сетях от ввода до последнего токоприемника при полной на­ грузке не должна превышать 5% от номинального напряжения сети. Соблюдение этого требования является очень важным, так как сни­ жение напряжения в питающей сети при работе от сварочных транс­ форматоров может привести к ухудшению устойчивости дуги и зна­ чительному изменению режима сварки.

Подвод тока от силовой питающей магистрали к отдельным сва­ рочным преобразователям и трансформаторам осуществляется про­ водами марок ПРИ и ПРГН. Сечение подводящих проводов выби­ рается по нормам на допустимую длительную нагрузку. Ток нагрузки

вподводящих проводах определяется по паспортным данным привод­ ного двигателя преобразователя или сварочного трансформатора.

Однофазные сварочные трансформаторы должны быть равномерно распределены между отдельными фазами силовой трехфазной сети.

Подвод сварочного тока к постам производится также проводами марки ПРН или ПРГН. Особенно важным является наличие гибкого провода марки ПРГН или ПРГД (ГОСТ 6731-53) длиной 2—3 м у электрододержателя, так как это уменьшает утомляемость руки сварщика.

Для подвода тока от источника питания к автоматическим свароч­ ным головкам применяются гибкие шланговые кабели марки КРПТ.

Вкачестве обратного провода, соединяющего свариваемое изде­ лие с источником питания, можно использовать стальные шины любого профиля достаточного сечения, сварочные плиты и сваривае­ мую конструкцию. Использование для этих целей металлических строительных конструкций зданий, коммуникаций и технологичес­ кого оборудования запрещается. Соединение отдельных элементов, используемых в качестве обратного провода, должно выполняться весьма тщательно при помощи болтов, струбцин и зажимов.

Сечение проводов в сварочной цепи выбирается на основании табл. 16.

			Таблица. 16
Допустимые нагрузки	для проводов сварочной цепи марки		ПРГД при ПР 65%
(при температуре окружающей среды +25° С)
Сечение провода	Максимально	Сечение провода	Максимально
в мм2	допустимый ток	в м м 2	допустимый ток
	в a		в a
10	85	50	240
16	115	70	300
25	154	95	365
35	190	120	440

Главная сварочная магистраль от многопостового преобразова­ теля рассчитывается по номинальному току генератора при длитель­ ном режиме работы. Напряжение у последнего поста при выбранном сечении магистрали не должно снижаться более чем на 10% от напря­ жения на клеммах генератора. Для главной сварочной магистрали применяются медные, алюминиевые или стальные шины, укладывае­ мые на изоляторах. Подвод тока от магистрали к сварочным постам через балластный реостат осуществляется так же, как при однопостовЫх источниках питания.