Для чего служит сварочный преобразователь. Сварочный преобразователь: принцип работы

Цель работы:изучить структуру белых, серых, ковких и высокопрочных чугунов, ознакомиться с их основными свойствами, маркировкой, зависимостью свойств чугунов от их структуры.

Рисунок 1Диаграмма системы сплавов Fe–C

Рисунок 2Классификация чугуна по строению

Опишем в отдельности каждый вид чугуна. Как видно из рисунка №2 всего 9 разновидностей чугунов по металлической основе и форме графитных включений.

Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение. Марки, механические свойства и ориентировочный составсерых чугунов приведен в табл.

По мере округления графитных включений их отрицательная роль как надрезов металлической основы снижается, и механические свойства чугуна растут. Округленная форма графита достигается модифицированием. Модификаторами чугуна служат SiCa, FeSi, Al, Mg. При использовании в качестве модификатора магния в количестве до 0,5 %, вводимого перед разливкой, получают высокопрочный чугун с шаровидной формой включений графита.

Механические свойства и состав (%) серых чугунов
по ГОСТ 14120–85

Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и числом, характеризующим величину временного сопротивления, например ВЧ 35. Механические свойства некоторых высокопрочных чугунов приведены в табл. Из высокопрочных чугунов изготавливают ответственные детали: зубчатые колеса, коленчатые валы.

Минимальные механические свойства и твердость
высокопрочных чугунов по ГОСТ 7293–85

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами временного сопротивления и относительного удлинения, например КЧ 35–10. В табл. 3 приведены марки, механические свойства и химический состав некоторых ковких чугунов. Отливки из ковких чугунов применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках (картеры, редукторы, фланцы, муфты).

Механические свойства и химический состав (%) ковких чугунов
по ГОСТ 1215–79

СВАРОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Источники питания постоянного тока подразделяются на две основные группы: сварочные преобразователи вращающегося типа (сварочные генераторы) и сварочные выпрямительные установки (сварочные выпрямители).
Генераторы постоянного тока подразделяются: по количеству питаемых постов - на однопостовые и многопостовые, по способу установки - на стационарные и передвижные, по роду привода - на генераторы с электрическим приводом и двигателями внутреннего сгорания, по конструктивному выполнению - на однокорпусные и двухкорпусные. По форме внешних характеристик сварочные генераторы могут быть с падающими, жесткими, пологопадающими характеристиками и комбинированного типа.
Наибольшее распространение получили генераторы с падающими внешними характеристиками, работающие по следующим трем основным схемам:
с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой;
с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения;
с расщепленными полюсами.
Ни один из трех видов генераторов с падающими внешними характеристиками не выделяется существенными преимуществами как по технологическим, так и по энергетическим и весовым показателям.

Сварочный преобразователь содержит приводной трехфазный электродвигатель, сварочный электрогенератор постоянного тока и устройство регулирования сварочного тока.

Сварочный агрегат содержит приводной двигатель внутреннего сгорания, сварочный электрогенератор постоянного тока и устройство регулирования сварочного тока.

Сварочные генераторы подразделяют по конструкции на коллекторные и вентильные, а по принципу действия на генераторы с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

Сварчоные генераторы коллекторного типа с независимым возбуждением применялись в сварочных преобразователях, выпуск которых в нашей стране прекращен в 90х годах 20 века, но пока еще в некоторых организациях эксплуатируются.

Остальные виды генераторов в настоящее время являются составной частью сварочных агрегатов.

Коллекторные сварочные генераторы

Коллекторные генераторы являются машинами постоянного тока, содержащими статор с магнитными полюсами и обмотками, а также ротор с обмотками, концы которых выведены на пластины коллектора.

При вращении ротора витки его обмотки пересекают силовые линии магнитного поля и в них индуцируется ЭДС.

Графитовые щетки осуществляют подвижный контакт с пластинами коллектора. Щетки машины располагаются на электрической (геометрической) нейтрали коллектора, где ЭДС в витках меняет свое направление. Если сдвинуть щетки с нейтрали, то напряжение генератора снизится и переключение обмоток будет происходить под напряжением, что в сварочных генераторах под нагрузкой приведет к очень быстрому расплавлению коллектора электрической дугой.

ЭДС на щетках сварочного генератора пропорциональна магнитному потоку, создаваемому магнитными полюсами Е2 = сФ, где Ф - магнитный поток; с - постоянная генератора, определяемая его конструкцией и зависящая от числа пар полюсов, количества витков в якорной обмотке, скорости вращения якоря.

Напряжение на выходе генератора при нагрузке U2 = E2 - JсвRг, где U2 - выходное напряжение на клеммах генератора при нагрузке; Jсв - сварочный ток; Rг - суммарное сопротивление участка цепи якоря внутри генератора и щеточных контактов.

Поэтому внешняя статическая характеристика такого генератора полого падающая. Для получения круто падающей внешней статической характеристики в коллекторных генераторах применяется принцип внутреннего размагничивания машины, что обеспечивается статорной обмоткой размагничивания. При необходимости получения жесткой внешней статической характеристики используется подмагничивающая обмотка статора.

Классификация сварочных преобразователей и агрегатов. Для сварки постоянным током источниками питания служат сварочные преобразователи и сварочные агрегаты. Сварочный преобразователь состоит из генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, сварочный агрегат - из генератора и двигателя внутреннего сгорания. Сварочные агрегаты употребляются для работы в полевых условиях и в тех случаях, когда в питающей электрической сети сильно колеблется напряжение. Генератор и двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) монтируются на общей раме без колес, на катках, колесах, в кузове автомашины и на базе трактора.

Для работы в разных условиях выпускаются агрегаты: АСБ-300-7 - бензиновый двигатель ГАЗ-320, смонтированный с генератором ГСО-300-5 на раме без колес; АСД-3-1 - дизельный двигатель и генератор СГП-3-VIII - в том же исполнении; АСДП-500 - как и предыдущий агрегат, но установленный на двухосном прицепе; СДУ-2 - агрегат, смонтированный на базе трактора Т-100М; ПАС-400-VIII - двигатель типа ЗИЛ-164. и генератор СГП-3-VI, смонтированные на жесткой раме, снабженной роликами для перемещения по ровному полу. Выпускаются и другие агрегаты, отличающиеся конструктивным исполнением.

Сварочные генераторы бывают однопостовыми и многопостовыми, рассчитанными для одновременного питания нескольких сварочных постов. Однопостовые сварочные генераторы изготовляются с падающей или жесткой внешними характеристиками.

Большая часть генераторов, комплектующих сварочные агрегаты и преобразователи (типа ПС и ПСО), имеют падающую внешнюю характеристику. Генератор преобразователя типа ПСГ имеет жесткую вольт-амперную характеристику. Выпускаются генераторы универсальные, позволяющие получать и падающую, и жесткую характеристики (преобразователи типа ПСУ).

Сварочные преобразователи ПСО-500, ПСО-ЗООА, ПСО-120, ПСО-800, ПС-1000, АСО-2000, ПСМ-1000-4 и другие снабжаются в основном асинхронными трехфазными короткозамкнутыми двигателями в однокорпусном исполнении. Они имеют колеса для перемещения по цеху или устанавливаются неподвижно на плите.

Технические данные некоторых преобразователей приведены в табл. 51.

Устройство и работа сварочных генераторов. Промышленностью выпускаются сварочные генераторы трех типов: с независимой и параллельной обмотками возбуждения, размагничивающей последовательной обмоткой и с расщепленными полюсами.

Генераторы с независимой обмоткой возбуждения и размагничивающей последовательной обмоткой (рис. 119) применяются главным образом в сварочных преобразователях ПС0420, ПСО-ЗООА, ПСО-500, ПСО-800, ПС-1000, АСО-2000, отличающихся мощностью и конструктивным оформлением.

На схеме генератора (рис. 199, а ) показаны две обмотки возбуждения: независимая Н и последовательная С , которые расположены на разных полюсах. В цепь независимой обмотки включен реостат РТ . Последовательная обмотка изготовлена из шины большою сечения, так как в ней протекает большой сварочный ток. От части ее витков сделана отпайка, вынесенная на переключатель П .

Магнитный поток последовательной обмотки направлен навстречу магнитному потоку, создаваемому независимой обмоткой возбуждения. В результате действия этих потоков появляется результирующий поток. При холостом ходе последовательная обмотка не работает.

Напряжение холостого хода генератора определяется током в обмотке возбуждения. Это напряжение можно регулировать реостатом РТ , изменяя величину тока в цепи намагничивающей обмотки.

При нагрузке в последовательной обмотке появляется сварочный ток, создающий магнитный поток противоположного направления. С увеличением сварочного тока противодействующий магнитный поток увеличивается, а рабочее напряжение уменьшается. Таким образом образуется падающая внешняя характеристика генератора (рис. 119, б ).

Изменяют внешние характеристики регулированием тока в обмотке независимого возбуждения и переключением числа витков размагничивающей обмотки.

При коротком замыкании сила тока возрастает настолько, что размагничивающий поток резко увеличивается. Результирующий поток, а следовательно, и напряжение на клеммах генератора практически падают до нуля.

Сварочный ток регулируется двумя способами: переключением числа витков размагничивающей обмотки (два диапазона) и реостатом в цепи независимой обмотки (плавное регулирование). При подключении сварочного провода на левую клемму (рис. 119, а ) устанавливаются малые токи, на правую - большие.

Генераторы с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения относятся к системе генераторов с самовозбуждением (рис. 120). Поэтому их полюса изготовляются из ферромагнитной стали, имеющей остаточный магнетизм.

Как видно из схемы (рис. 120, а ), генератор имеет на основных полюсах две обмотки: намагничивающую Н и последовательно включенную размагничивающую С. Ток намагничивающей обмотки создается якорем самого генератора, для чего служит третья щетка С , расположенная на коллекторе посредине между основными щетками а и б .

Встречное включение обмоток создает падающую внешнюю характеристику генератора (рис. 120, б ). Сварочный ток плавно регулируется реостатом РП, включенным в цепь обмотки самовозбуждения. Для ступенчатого регулирования тока размагничивающая обмотка секционирована так же, как и в генераторе типа ПСО. По такой схеме работают генераторы сварочных преобразователей ПС-300, ПСО-ЗООМ, ПС-3004, ПСО-300 ПС-500, САМ-400.

Генератор с расщепленными полюсами (рис. 121) не имеет последовательной обмотки. В этом генераторе расположение полюсов отличается от обычных электрических генераторов постоянного тока. Магнитные полюса не чередуются (за северным следует южный, затем опять северный и т. д.), а одноименные полюса располагаются рядом (два северных и два южных, рис. 121, б ). Горизонтальные полюса Nr называются главными, а вертикальные N п - поперечными.

Рис. 121. Генератор с расщепленными полюсами: а, б - принципиальные магнитная и электрическая схемы; Ф г я, Ф п я - магнитные потоки якоря, Фг - главный магнитный поток, Ф п - поперечный магнитный поток, ГН - нейтраль, П - обмотка поперечных полюсов, Гл - обмотка главных полюсов, РТ - реостат

Главные полюса имеют вырезы, уменьшающие их поперечное сечение для полного насыщения магнитным потоком уже при холостом ходе. Поперечные полюса имеют большое сечение и работают на всех режимах при неполном насыщении. На главных полюсах размещены только главные обмотки возбуждения, а на поперечных - только поперечные. В цепи поперечных обмоток возбуждения установлен регулировочный реостат РТ . Обе обмотки включены между собой параллельно и получают питание от щеток, т. е. генератор работает с Самовозбуждением. Генератор имеет две главные щетки а и б и дополнительную щетку с .

При нагрузке в обмотке якоря появляется ток, который создает магнитный поток якоря, подмагничивающий главные полюса и размагничивающий поперечные. Так как главные полюса полностью насыщены, то действие подмагничивающего потока не сказывается. С увеличением сварочного тока магнитный поток якоря увеличивается, его размагничивающее действие (против потока поперечных полюсов) возрастает и это приводит к уменьшению рабочего напряжения; создается падающая внешняя характеристика генератора. Таким образом, падающая характеристика генератора получается за счет размагничивающего действия магнитного потока якоря.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется реостатом в цепи поперечной обмотки возбуждения 1 .

1 (В выпускавшихся ранее генераторах этого типа (СУГ-2а, СУГ-26 и др.) грубая регулировка тока осуществлялась смещением щеток от нейтрали. )

По схеме с расщепленными полюсами работают генераторы преобразователей ПС-300М, СУГ-2ру и др.

Конструкции однопостовых сварочных преобразователей. Преобразователи ПС-300-1 и ПСО-300 служат для питания одного поста, для сварки, наплавки и резки. Преобразователи рассчитаны на рабочий ток от 65 до 340 А.

Сварочный генератор преобразователя относится к типу генератора с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками возбуждения.

Генератор имеет крутопадающие внешние характеристики (рис. 120, б ) и два диапазона сварочных токов: 65 - 200 А и при подключении сварочного кабеля к левому зажиму (+) с полным числом витков последовательной размагничивающей обмотки; 160 - 340 А - при подключении к правому зажиму (+) с частью витков последовательной обмотки. В цепь намагничивающей обмотки возбуждения включен реостат типа РУ-Зб сопротивлением 2,98 Ом на токи 4,5 - 12 А, предназначенный для регулирования сварочного тока.

Преобразователь ПСГ-300-1 предназначен для питания поста полуавтоматической сварки в защитном газе. Генератор преобразователя имеет жесткую внешнюю характеристику, которая создается подмагничивающим действием последовательной обмотки возбуждения. Независимая обмотка возбуждения питается от селенового выпрямителя, подключенного к сети переменного тока через феррорезонансный стабилизатор. В цепь обмотки независимого возбуждения включен реостат, позволяющий плавно регулировать напряжение на зажимах генератора от 16 до 40 В. Преобразователь включается в сеть пакетным выключателем. Пределы регулирования сварочного тока 75 - 300 А.

Универсальные сварочные преобразователи ПСУ-300, ПСУ-500 имеют как падающие, так и жесткие внешние характеристики. Преобразователи этого типа состоят из однопостового сварочного генератора постоянного тока и приводного трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, находящихся в одном корпусе.

Сварочный генератор типа ГСУ изготовляется с четырьмя основными и двумя дополнительными полюсами (рис. 122). На двух основных полюсах уложены витки основной намагничивающей обмотки возбуждения, которая получает питание от сети через стабилизирующий трансформатор и селеновый выпрямитель. На двух других основных полюсах уложены витки последовательной обмотки возбуждения; магнитный поток этих полюсов направлен навстречу основному намагничивающему потоку. Обмотки дополнительных полюсов предназначены для улучшения коммутации.

Для получения крутопадающих внешних характеристик включается независимая обмотка возбуждения, последовательная размагничивающая и часть витков обмотки дополнительных полюсов.

При переходе на жесткие внешние характеристики (рис. 122, б ) последовательная размагничивающая обмотка частично отключается, но включается увеличенное количество витков обмотки дополнительных полюсов.

Изменение вида характеристики осуществляется переключением пакетного переключателя, установленного на распределительном устройстве, и присоединением сварочных проводов к двум соответствующим зажимам на клеммовой доске.

Во многих случаях для выполнения сварочных работ применяют установки, основным узлов которых является понижающий трансформатор, но существуют и другие виды сварочного оборудования. О том, что такое сварочный преобразователь, знают в основном только профессионалы, но существует множество процессов, в которых их применение является единственно возможным вариантом.

Конструктивное устройство

Сварочный преобразователь это электрическая машина, состоящая из приводного электродвигателя и генератора, который обеспечивает выработку тока, необходимого для выполнения работ. В связи с тем, что устройство сварочного генератора включает в себя вращающиеся детали, его КПД и надежность несколько ниже, чем у традиционных выпрямителей и трансформаторов.

Но преимущество преобразователя заключается в том, что он вырабатывает сварочный ток, который практически не зависит от перепадов питающего напряжения. Поэтому его применение целесообразно для выполнения сварочных работ, к которым предъявляются высокие требования по качеству.

Все рабочие узлы сварочного преобразователя, в том числе и пускорегулирующая аппаратура, монтируются в одном едином корпусе. При этом существуют передвижные сварочные преобразователи и агрегаты, а так же стационарные посты. Первые, в основном применяют при выполнении монтажно-строительных работ, вторые, в заводских условиях.

Установки данного типа могут вырабатывать значительный сварочный ток (до 500 А и более), но стоит помнить о том, что эксплуатация в режимах, превышающих нормативный показатель по этому параметру, не допускается. Работа в критичных режимах может привести к выходу установки из строя.

ПреобразовательПСО 500

Принцип работы сварочного преобразователя позволяет вырабатывать постоянный и переменный сварочный ток. Очень часто на производстве можно увидеть преобразователь ПСО 500, который отличается высокой надежностью и производительностью.

К его особенностям можно отнести следующие моменты:

Сварочный преобразователь ПСО 500 установлен на колесную базу, которая обеспечивает ему хорошую мобильность. Благодаря этому агрегат может эксплуатироваться в условиях строительной или монтажной площадки.

При эксплуатации сварочных преобразователей необходимо соблюдать правила безопасной эксплуатации электрооборудования:

• Корпус агрегата должен быть в обязательном порядке заземлен, все работы по подключению установки к питающей сети должны выполняться квалифицированным электриком.
• Учитывая то, что преобразователь должен подключаться к сети 220/380В, клеммная коробка двигателя должна быть надежно изолирована и закрыта.

Несмотря на то, что сварочный преобразователь потребляет больше энергии для выполнения работ (в связи с наличием механических связей и невысоким КПД), он обеспечивает стабильный сварочный ток, независящий от перепадов питающего напряжения, что позволяет повысить качество сварного шва.

Специфическая разновидность сварочного аппарата, применяемая в основном в промышленности, а также в некоторых видах строительно-монтажных работ – это и есть сварочный преобразователь.

Он называется так потому, что преобразовывает переменный ток от бытовой или промышленной сети в постоянный ток, оптимально подходящий для большинства видов сварки.

Несмотря на суть конечного результата - постоянный ток - преобразователь действует по совершенно иному принципу, чем выпрямитель или инвертор.

Его конструкция предполагает удлиненную цепочку прохождения энергии. Сначала переменный ток переходит в механическую энергию, а она в свою очередь преобразуется обратно в электрическую, но уже постоянного характера.

Конструктивно преобразователь состоит из электродвигателя, как правило, асинхронного, и генератора постоянного тока, объединенных в одном корпусе. Поскольку генератор, использующий принцип электромагнитной индукции, также вырабатывает переменный ток, в схеме присутствует коллектор, преобразующий его в постоянный.

Пример оборудования

В качестве примера можно рассмотреть широко известный в профессиональных кругах сварочный преобразователь ПСО-500.

Он состоит из сигарообразного корпуса, на котором сверху закреплен блок с контрольной аппаратурой, управляющими элементами (пакетным выключателем и реостатным регулятором) и контактами для подключения электродов, а внутри на одном вращающемся валу смонтированы асинхронный двигатель и генератор, разделенные вентилятором охлаждения.

Прямая электрическая связь между генератором и двигателем отсутствует . Двигатель, запускаемый от питающей сети, начинает с высокой скоростью вращать вал, с которым связан его ротор.

На этот вал насажен и якорь генератора. В результате вращения якоря в его обмотках индуцируется переменный ток, который коллектором преобразуется в постоянный и подается на сварочные клеммы.

ПСО-500 относится к однопостовым сварочным преобразователям мобильного типа. Он смонтирован на трехколесной тележке. Величина сварного тока, выдаваемого ПСО-500, может достигать 300 или 500 А - в зависимости от перемычки, соединяющей одну из клемм с последовательной обмоткой генератора.

Выходной ток регулируется вручную, с помощью верньера, связанного с реостатом (устройством изменения сопротивления). Контроль тока производится по встроенному амперметру.

Числовой индекс в маркировке - 350, 500, 800, 1000 - означает максимальный постоянный ток, на работу с которым рассчитан данный преобразователь. Некоторые модели с помощью верньера могут быть настроены так, чтобы выдавать сварочный ток больше номинального, но работа в таком режиме чревато перегревом и быстрым выходом аппарата из строя.

Достоинства

Как и любое другое оборудование, сварочные преобразователи (которые исторически появились гораздо раньше инверторов) имеют определенные преимущества, и одновременно несут ряд определенных неудобств. К их достоинствам можно отнести:

• большой сварочный ток - у некоторых моделей, в частности, ПСО-500 и ПСГ-500, он доходит до 500 А, есть и более мощные устройства;
• неприхотливость в работе;
• нечувствительность к перепадам входного напряжения;
• сравнительно высокая надежность при квалифицированном обслуживании;
• хорошая ремонтопригодность, удобство сервисного обслуживания.

Током, который способны выдавать эти устройства, можно варить очень толстые швы, порядка 10-30 мм. Это еще одно важное преимущество, благодаря которому используют сварочные преобразователи.

Недостатки

Однако конструктивные особенности определяют и основные недостатки сварочных преобразователей, из-за которых их, по крайней мере, в бытовой сфере (сварочные работы в мелком бизнесе, на даче, в гараже) вытеснили инверторы. В первую очередь это:

• большие габариты и масса (она может доходить до полутонны и выше);
• низкий КПД;
• повышенная электрическая опасность;
• шумность работы;
• необходимость в сервисном обслуживании.

Принцип их действия - переход электрической энергии в механическую и обратно - подразумевает большие энергетические затраты на вращение вала. Этим обусловлен очень высокий расход электроэнергии, делающий устройство невыгодным для «домашнего» применения.

Кроме того, наличие вращающихся с высокой скоростью деталей уменьшает степень надежности машины. Узким местом варочного преобразователя, как и самого электродвигателя, являются шарикоподшипники, на которых закреплен вал.

Они нуждаются в периодической проверке и замене масла 1-2 раза в год. Также необходимо контролировать состояние коллектора и щеток токосъемников.

Под повышенной электрической опасностью имеется в виду тот факт, что перед началом сварочных работ преобразователь обязательно должен быть заземлен, подключение его к сети по правилам должно проводиться только электриком.

Классификация

Сварочные преобразователи классифицируются по различным параметрам. В том числе по количеству (одно- и многопостовые) и по типу привода (от электродвигателя либо, например, от двигателя внутреннего сгорания). По конструктивному исполнению они могут быть стационарными и передвижными, в одинарном или сдвоенном корпусе.

Преобразователи также отличаются по форме выходной характеристики. Для многих видов работ решающее значение имеет именно эта классификация. По форме выходной характеристики сварочные преобразователи разделяют на устройства, выдающие падающую либо жесткую характеристику (последние также способны выдавать пологопадающую).

Существуют и универсальные преобразователи, в зависимости от установленного переключателя способные работать как в том, так и в другом режиме.

Дело в том, что специфика сварочных работ в защитных газах, автоматическая или полуавтоматическая, требует исключительно жесткой выходной характеристики.

К таким преобразователям относится, к примеру, система ПСГ-500. Сварочные преобразователи модельного ряда ПСО имеют падающую характеристику, ПСУ - универсалы, способные переключаться в нужный режим работы.

ПСО и другие виды преобразователей с падающей характеристикой применяются в промышленности, в системах автоматической и ручной сварки, оснащенных авторегуляторами напряжения.

С точки зрения прикладной физики преобразователи также подразделяются в зависимости от технологии, реализованной в генераторе. Генератор может быть с расщепленными полюсами, с отдельными намотками намагничивания и размагничивания, с намоткой размагничивания и независимым возбуждением. Но на практике существенной разницы в значимых технических характеристиках между всеми этими типами нет.