Джерела живлення зварювальної дуги
Для дугового зварювання застосовують як постійний, так і змінний струм. Джерелами постійного струму є зварювальні генератори (зварювальні перетворювачі та агрегати), та зварювальні випрямлячі (селенові та кремнієві). Джерелом змінного струму – зварювальні трансформатори, їх застосовують значно частіше. Вони більш прості у виготовленні в експлуатації, мають невелику масу і вартість, а також мають більш високий ККД і довговічніші. Однак при живленні змінним струмом дуга горить нестійко, так як 100 разів на секунду напруга і струм дуги проходять через нульове значення, що призводить до тимчасової деіонізації дугового проміжку.
Постійний струм кращий у технологічному відношенні, при його застосуванні підвищується стійкість горіння дуги, покращуються умови зварювання у різних просторових положеннях, з'являється можливість вести зварювання прямої та зворотної полярності.
До джерел зварювального струму пред'являються такі вимоги: вони повинні забезпечити легке запалення і стійке горіння дуги, обмежувати величину струму короткого замикання, повинні бути безпечними в роботі і мати хороші динамічні властивості. Динамічні властивості визначаються часом відновлення напруги від моменту короткого замикання, коли воно майже рівне нулю, до значення 18-20В, коли відбувається запалення дуги. Цей час не повинен перевищувати 0,05 с, чим швидше відновлюється напруга, тим динамічніші властивості джерела живлення.
| абМал. 3. Зовнішні характеристики джерел живлення та зварювальної дуги |
Найважливішим питанням при конструюванні джерела живлення є вибір його зовнішньої характеристики - залежності напруги на його вихідних клемах від сили струму в ланцюгу при навантаженні. Зовнішняхарактеристика джерел зварювального струму може бути круто падаючої1(рис. 3,а) порожнистої2, жорсткої3, зростаючої4. Джерело зварювального струму вибирають залежно від вольтамперної характеристики дуги (див. рис. 2), що відповідає способу зварювання, що застосовується. Для ручного дугового зварювання потрібні джерела зварювального струму з зовнішньою характеристикою, що крутопадає.
Режим горіння зварювальної дуги визначається точкою перетину характеристик дуги1та джерела струму2(рис 3,б). Точка А називається точкою холостого ходу - джерело струму включений, розвиваючи максимальну напругу (60-80В), а зварювальний ланцюг розімкнутий. Точка У – точка нестійкого горіння дуги. При зміні відповідної струму дуга або гасне, або струм дуги зростає до режиму стійкого горіння. Точка є точкою стійкого горіння дуги (Uр = 15-30В). Точка D відповідає режиму короткого замикання, який має місце при запаленні дуги та її замиканні характеризується малою напругою, що прагне до нуля, та підвищеним, але обмеженим струмом (Iкз ≤ 1,5Iр), щоб не допустити перегріву струмопровідних проводів та джерел струму.
Зварювальний трансформатор (рис. 4) знижує високу напругу мережі (220 або 380В) до напруги холостого ходу (60-80В). Крім того, трансформатор створює на дузі падаючу зовнішню характеристику. Для цього послідовно з дугою та вторинною2обмоткою трансформатора включають реактивну (дросельну) котушку3. Під час проходження зварювального струму у витках дросельної обмотки3індукується ЕРС самоіндукції, протилежно спрямована основний ЕРС трансформатора. Тому напруга, підведена до дуги, знижується від значення холостого ходу до 18-30В під час горіння дуги і майжедо нуля при короткому замиканні. Струм у трансформаторі регулюється зміною величини самоіндукції дроселя зі збільшенням або зменшенням повітряного зазору S між рухомою1(треба малювати) і нерухомою2частинами його сердечника. Зі збільшенням зазору S самоіндукція дроселя, яка залежить від магнітного потоку сердечника, зменшується, а напруга на дузі і, отже, зварювальний струм збільшується. При зменшенні проміжку – на оборот. Завдяки наявності індуктивного опору досягається зовнішня характеристика, що падає, джерела зварювального струму.
| Мал. 4. Схема зварювального трансформатора |
Величину струму короткого замикання, а отже, і зварювального плавно регулюють зміною магнітного потоку обмоткиНшляхом зменшення або збільшення струму в цій обмотці реостатомРТ. Для ступінчастого регулювання струму обмотка, що розмагнічує, секціонована. При підключенні зварювального дроту на ліву клему (рис 22а) встановлюються малі струми, на праву великі.
Зварювальні перетворювачі. Для зварювання джерелами постійного струму служать зварювальні перетворювачі та зварювальні агрегати. Зварювальний перетворювач складається з генератора постійного струму та приводного електродвигуна, зварювальний агрегат – з генератора та двигуна внутрішнього згоряння (д.в.с.). Зварювальні агрегати застосовуються для роботи в польових умовах і в тих випадках, коли в мережі живлення сильно коливається напруга. Генератор та д.в.с. (бензиновий чи дизельний) монтуються на загальній рамі без коліс, на катках, колесах, у кузові автомашини та на базі трактора.
 |
Зварювальний перетворювач складається з зварювального генератора постійногоструму та приводного електродвигуна, розміщених зазвичай у загальному корпусі та на загальному валу. Привідний електродвигун перетворює електричну енергію змінного струму на механічну, а зварювальний генератор перетворює механічну енергію на електричну енергію постійного струму, що живить зварювальну дугу.
Розглянемо схему генераторів з паралельною, що намагнічує, і розма-гнічує послідовною обмотками збудження (рис. 5). Відмінною особливістю генераторів такої схеми є використання принципу самозбудження. Тому їх полюси виготовляються із феромагнітної сталі, що має залишковий магнетизм.
Як видно зі схеми (рис. 5) генератор має на основних полюсах дві обмотки: обмотку збудженняНі послідовно включену обмотку, що розмагнічуєС. ОбмоткаНпідключена до додатковоїзта основноїащіток генератора, напруга між якими постійно за величиною і не змінюється зі зміною навантаження. Магнітний потікФнцієї обмотки постійний за величиною, тому обмоткуНназивають обмоткою незалежного збудження.
При неодруженому ході е.р.с. генератора індуктується лише магнітним потокомФн. При запаленні дуги зварювальний струм проходить через послідовну обмоткуС, яка підключена до основних щітокаібтак, що магнітний потікФсспрямований проти магнітного потокуФн. Цим обумовлюється дія послідовної обмотки, що розмагнічує. ЕРС, що індуктується в якорі генератора, тим менше, чим більше магнітний потікФс, величина якого залежить від струму зварювального ланцюга. Чим менший струм у зварювальному ланцюзі, тим меншеФсі тим вище напруга генератора. При короткому замиканні, тобто. при максимальному струмі зварювального ланцюга, магнітнийпотікФспослідовної обмотки майже дорівнює магнітному потокуФнобмотки незалежного збудження, і напруга на затискачах генератора близько до нуля. Взаємодіям магнітних потоків двох обмоток забезпечується падаюча зовнішня характеристика зварювального генератора.
Зварювальні випрямлячі. Зварювальні випрямлячі – це пристрої, що перетворюють за допомогою напівпровідникових елементів (вентилів) змінний струм у постійний та призначені для живлення зварювальної дуги. Їхня дія заснована на тому, що напівпровідникові елементи проводять струм тільки в одному напрямку.
Принципова електрична схема зварювального випрямляча представлена на рис. 6. Зварювальний випрямляч складається з двох основних частин: понижуючого трифазного трансформатора I з регулюючим пристроєм і випрямного блокуВС, що складається з селенових (або кремнієвих) вентилів. Конструкцію зварювального випрямляча дещо ускладнює вхідний вентиляторДВдля охолодження випрямного блоку. Включення випрямляча в роботу проводиться пакетним вимикачемПВ. Вентилятор зблокований з випрямлячем повітряного релеРКВ. При нормальній роботі вентилятора спрацьовують реле контролю вентиляціїРКВ, що включає потоком повітря від вентилятора, і магнітний пускачПМ, що з'єднує обмотки зварювального трансформатора з мережею. Якщо вентилятор пошкоджено, випрямляч не вмикається, якщо пошкодження відбудеться під час роботи, випрямляч вимкнеться.
Мал. 6. Схема трифазного випрямляча
Зварювальні випрямлячі перед перетворювачами мають такі переваги: більш високий ККД і менше втрати на холостому ходу, кращі динамічні властивості, меншу масу, більшу надійність і простоту обслуговування приексплуатації, безшумність під час роботи, велику економічність під час виготовлення. Основний недолік зварювальних випрямлячів – їхня більша чутливість до коливань напруги мережі, ніж у зварювальних перетворювачів. Подібно до зварювальних генераторів вони можуть бути однопостовими і багатопостовими і мати падаючу, пологу або жорстку зовнішню характеристики. Для створення падаючої характеристики використовуються зварювальні трансформатори зі збільшеним магнітним розсіюванням або для цієї мети є дросель. Для ручного зварювання застосовують випрямлячі з зовнішньою характеристикою, що падає.