Реферат на тему сварочные генераторы

Обновлено: 05.07.2024

Сварочные генераторы представляют собой генераторы постоянного тока с характеристиками, обеспечивающими устойчивое горение сварочной дуги. Состоит аппарат из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. При вращении якоря в магнитном поле, создаваемом полюсами статора, в его обмотках возникает переменный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. Снятие тока с коллектора обеспечивают угольные щетки, через которые ток подводится к выходным зажимам.

Сварочные генераторы могут быть двух типов.

В первом типе вращение якоря обеспечивается электрическим двигателем, расположенным с ним на одном валу. Такие устройства называют сварочным преобразователем. В сварочных агрегатах вращающим устройством является двигатель внутреннего сгорания. Достоинство их заключается в возможности выполнения сварочных работ без внешнего источника электрического питания.

магнитных потоков получается результирующий поток, равный разности их величин Фрез = Фн - Фр.

Инструмент и принадлежности сварщика

Электрододержателъ - приспособление, предназначенное для закрепления электрода и подведения к нему электрического тока.

Сварочные щитки выпускают двух типов: ручные и головные. Их изготавливают из негорючих материалов с матовой гладкой поверхностью черного цвета и снабжают защитными светофильтрами, защищающими глаза сварщика от действия инфракрасных и ультрафиолетовых лучей сварочной дуги.

Для обеспечения оптимальных условий работы сварщика с учетом индивидуальных особенностей его зрения рекомендуется кроме светофильтров, использовать светофильтры на один номер больше или меньше. Если в этом случае оптимальные зрительные условия сварщика не будут достигнуты, необходимо проверить освещенность и зрение сварщика.

Кабели и сварочные провода должны быть многожильными, рассчитанными на плотность тока до 5 а/мм 2 при токах до 300 А. Их сплетают из большого числа отожженных медных проволочек диаметром 0,18 - 0.20 мм. Длина сварочного провода определяется исходя из условий сварки, но в любом случае не рекомендуется применять провода длиной более 30 м, так как это вызывает большое падение напряжения в сварочной цепи.

Оборудование сварочного поста

Места проведения сварочных работ разделяют на постоянные и временные. Постоянные (стационарные) места предназначены для работ, которые 'выполняются в специально оборудованных цехах, мастерских и т.д. Устанавливают сварочный аппарат в защищенном от атмосферных воздействий, хорошо проветриваемом помещении площадью не менее 3 м 2 . Лучше всего, если пол бетонный, а стены помещения не должны отражать сварочные блики, что может представлять опасность для глаз.

Рабочее место может быть оборудовано для сварки малогабаритных предметов. Каркас кабины можно сделать из металла, а стены - из различных огнестойких материалов. Дверной проем кабины закрывают брезентовым занавесом, подвешенным на кольцах. В кабине устанавливают источник сварочного тока, металлический стол с решеткой и вытяжным зонтом, стул с подъемным винтовым сидением, стеллажи для сварочной проволоки, электродов и других необходимых инструментов и материалов. Если сварка выполняется в среде защитного газа, то должно быть предусмотрено место для баллонов. Правильная организация рабочего места - залог качественной сварки и высокой производительности труда. Сварочные работы на постоянных сварочных постах следует выполнять только при наличии работающей вентиляции. В процессе работы следует применять передвижные воздухоотсосы.

Временные рабочие места сварщика применяют для работ, которые выполняются непосредственно на оборудовании или установках, которые невозможно переместить к сварочному посту. Такие места должны быть отгорожены огнестойкими ширмами, щитами и обеспечены средствами первичного пожаротушения и огнетушителями. Тип, емкость и количество огнетушителей определяют в зависимости от их производительности, площади действия, класса помещения и т.д. Кроме огнетушителя рабочее место сварщика оборудуется ящиком с песком, ведром и другими средствами пожаротушения.

Сварочный пост комплектуется источником питания, электрододержателей, сварочными проводами необходимой длины, зажимами для токопроводящего провода, сварочным щитком с защитными светофильтрами.

При необходимости рабочее место может быть оборудовано средствами малой механизации, что облегчит не только сварку , но и погрузочно-разгрузочные работы.

Сварочная проволока

В качестве электродного материала для сварочных работ используют несколько десятков марок и диаметров стальной проволоки, каждая из которых предназначен для определенного вида работ. Для низкоуглеродистых, легированных и высоколегированных сталей существуют свои виды проволоки, отличающиеся по химическому составу. Чтобы правильно ориентироваться в этом разнообразии, надо научиться различать маркировку проволоки.

Использование порошковой проволоки способствует увеличению глубины проплавления металла и снижению выгорания легирующих элементов из сварочной ванны. Для сварки под слоем флюса больших поверхностей иногда применяют порошковую ленту, которая отличается от проволоки своей формой.

Хранят и транспортируют сварочную проволоку в условиях, исключающих ее загрязнение и окисление.

Существует много способов и технологий сварки, объединенных одним общим принципом: в месте соединения детали расплавляют, что приводит к образованию шва. Для этого применяют электрическую, механическую и химическую энергию либо их сочетание. Для сварки металлов при помощи электрического тока создан целый ряд приборов:

1. сварочные трансформаторы;

2. инверторы;

3. установки для дуговой сварки;

4. машины для контактно-точечной сварки;

5. сварочные выпрямители;

6. сварочные генераторы (сварочные агрегаты);

7. сварочные полуавтоматы.

Сварочные генераторы для ручной дуговой сварки

Сварочные генераторы в основном применяются при ручной дуговой сварке штучными электродами. Как известно, по условиям статической устойчивости дуги в этом случае генератор должен иметь крутопадающие внешние статические характеристики, т. е. напряжение на зажимах генератора должно резко уменьшаться при увеличении сварочного тока.

Это требование объясняется тем, что ручная дуговая сварка наряду с относительно быстрыми изменениями длины дуги, связанными с процессом переноса металла при сварке, обычно сопровождается относительно медленными изменениями длины дуги, связанными с движениями руки сварщика и изменением конфигурации детали. При этих медленных колебаниях длины дуги точка устойчивого горения дуги лежит на внешней статической характеристике сварочного генератора. Если эта характеристика крутопадающая, то при изменениях длины дуги изменения тока сварки будут относительно небольшими. С другой стороны, известно, что стабильность горения дуги тем выше, чем меньше отклонения тока от заданного значения при изменениях длины дуги. Поэтому для ручной дуговой сварки применяются сварочные генераторы с крутопадающими внешними статическими характеристиками. Следует, однако, отметить, что и здесь возможны случаи, когда слишком большая крутизна внешней статической характеристики может препятствовать нормальному проведению сварочного процесса. Так, например, при сварке ответственных соединений в вертикальном и потолочном положениях с целью уменьшения тепловложений в шов, сварщик иногда периодически удлиняет дугу для соответствующего уменьшения сварочного тока. При этом необходимо, чтобы внешняя характеристика была более пологой, так как только в этом случае изменение длины дуги приведет к ощутимому изменению сварочного тока и сварщик сможет периодически уменьшать его. Однако во всех случаях ручной дуговой сварки установившийся ток короткого замыкания не должен чрезмерно превышать рабочий ток. При больших значениях тока короткого замыкания возможны прожоги, осыпание обмазки и др.

Сварочные генераторы для автоматизированной сварки

Несколько другие требования предъявляются к внешним статическим характеристикам сварочных генераторов, предназначенных для автоматизированной сварки на аппаратах, оснащенных автоматическими регуляторами режима сварки (автоматы, полуавтоматы). Саморегулирование дуги при этом способе сварки проявляется наиболее эффективно в том случае, когда сварочный генератор имеет более пологие или даже возрастающие (жесткие) внешние статические характеристики.

Таким образом, для автоматизированных способов сварки с саморегулированием дуги требуется, чтобы сварочный генератор имел семейство жестких внешних статических характеристик.

Из перечисленных видов внешних статических характеристик сварочных генераторов наибольшую трудность представляет получение семейства регулируемых крутопадающих внешних статических характеристик. В отечественной и зарубежной практике применялось несколько схем коллекторных генераторов для этих целей;

· сварочные генераторы поперечного поля;

· сварочные генераторы с расщепленными полюсами;

· сварочные генераторы с последовательной обмоткой возбуждения.

В СССР выпускались генераторы всех указанных типов, однако в последние годы в связи с простотой конструкции и энергетическими преимуществами коллекторные сварочные генераторы выпускаются в СССР только по схеме с последовательной обмоткой возбуждения. Эти генераторы составляют основную долю парка эксплуатируемых машин. Поэтому в этом разделе рассматриваются только генераторы с последовательной обмоткой возбуждения. Принципиальная схема генератора с последовательной обмоткой возбуждения показана на рис. 1.

При холостом ходе генератора (сварочная цепь разомкнута) на его зажимах создается напряжение холостого хода, равное по значению ЭДС, создаваемой в обмотке якоря ОЯ. Это напряжение при прочих равных условиях зависит от магнитного потока, который создается обмоткой возбуждения ОВН и, в свою очередь, определяется током возбуждения в этой обмотке, изменяемым с помощью, регулировочного реостата R.

Рис. 1 - Принципиальная схема коллекторного сварочного генератора для дуговой сварки

Примерный вид внешних крутопадающих статических характеристик генератора показан на Рис. 2. Характерными величинами для семейства внешних характеристик являются пределы регулирования сварочного тока. И соответствующие им пределы напряжения холостого хода также соответствующие установившийся ток короткого замыкания и крутизна (наклон) внешних статических характеристик в рабочей зоне. Максимальное значение напряжения холостого хода ограничивается условиями безопасности работы сварщика и в соответствии с ГОСТ 304-82 не должно превышать 100 В. Минимальное значение напряжения холостого хода в некоторой степени определяет стабильность горения дуги при сварке на минимальных токах и поэтому для отечественных коллекторных генераторов не должно быть меньше 45-50 В. Соображения по выбору наклона внешней характеристики были приведены выше. Как видно из рис. 2, генератор имеет два диапазона регулирования тока. В некоторых случаях их может быть и больше.

Необходимость разбиения на диапазоны вызвана отмеченными выше ограничениями напряжения холостого хода. Регулирование тока за счет изменения тока возбуждения в обмотке ОВН возможно только начиная с максимального тока, соответствующего максимально допустимому значению напряжения холостого хода, и должно быть, закончено при значениях тока, соответствующих минимальным значениям напряжения холостого хода по условиям стабильности процесса. Однако в этом случае обычно получаются слишком узкие пределы регулирования тока и соответственно плохое использование генератора. Во избежание этого недостатка в схеме генераторов предусмотрена возможность подключения большего числа витков последовательной размагничивающей обмотки ОВП. При большем числе витков обмотки ОВП характеристики генератора будут более крутыми, т.е. при тех же значениях напряжения холостого хода будут меньшие значения рабочего тока и другой диапазон регулирования тока (Рис. 2 ). Переключение витков обмотки ОВП обычно осуществляется подключением сварочного провода к другому выводному зажиму.

Все сказанное выше о требованиях к внешним статическим характеристикам генераторов не может определить однозначно степень пригодности сварочного генератора для ручной дуговой сварки. Дело в том, что в процессе сварки значения напряжения и тока непрерывно изменяются с большой скоростью.

Рис. 3 - К определению показателей качества переходных процессов сварочного генератора: а - холостой ход-короткое замыкание-холостой ход; б - рабочий режим-короткое замыкание; в - рабочий режим-холостой ход

Эти изменения вызваны механизмом первоначального возбуждения дуги и процессами переноса электродного металла в сварочную ванну во время сварки. При зажигании дуги происходит замыкание сварочной цепи электродом на изделие и последующий ее обрыв с возбуждением дуги. В процессе горения дуги расплавленный электродный металл переносится в сварочную ванну каплями, которые периодически накоротко замыкают дуговой промежуток. После каждого короткого замыкания дугового промежутка каплей расплавленного металла происходит обрыв капли и последующее повторное возбуждение дуги. Таким образом, во время сварки генератор работает в постоянно изменяющемся динамическом режиме. Поэтому стабильность возбуждения и горения дуги, а также качество переноса металла в большой степени определяются не только статическими свойствами генератора, о которых говорилось ранее, но и его динамическими свойствами, т.е. качеством переходных процессов сварочного генератора в условиях быстроизменяющихся возмущений по длине дуги. Динамические свойства генератора определяются совокупностью показателей качества его переходных процессов, определяемых по осциллограммам. Переходные процессы обычно исследуются и рассчитываются не по реальной нагрузке - сварочной дуге, а определяются нагрузкой генератора омическим сопротивлением или противо-ЭДС. Осциллограммы, позволяющие приближенно судить о динамических свойствах сварочного генератора, показаны на рис. 3 осциллограмма, в наибольшей степени близка к процессу первоначального возбуждения дуги, б - к короткому замыканию дугового промежутка каплей расплавленного металла (без повторного возбуждения дуги), в - к обрыву процесса сварки.

В реальном процессе сварки обрыв короткого замыкания при первоначальном возбуждении дуги, как и обрыв капли, обычно происходит значительно раньше достижения током короткого замыкания установившегося значения., однако для большей наглядности и простоты дальнейшего объяснения на рис.3 это не показано.

Большинство из приведенных на рис.3 показателей в определенной мере позволяет судить о пригодности сварочного генератора к ручной дуговой сварке. Так, например, пиковое значение тока при коротком замыкании с холостого хода или его относительное значение. На этот процесс также влияет минимальное напряжение после обрыва установившегося короткого замыкания или его относительное значение.

Осциллограммы б и в на рис. 3 в большей степени характеризуют динамические свойства генератора в процессе переноса металла и повторного возбуждения дуги. Так, например, разбрызгивание металла при сварке в основном определяется значением сварочного тока в момент обрыва капли, показанной на осциллограмме б. Этот обрыв обычно происходит в коллекторных сварочных генераторах раньше времени. Однако при прочих равных условиях в большой степени влияют на динамические свойства генератора. Как видно из приведенных на Рис.3 осциллограмм, приближенно динамические свойства сварочного генератора оцениваются по экстремальным значениям тока и напряжения сварочного генератора при мгновенном изменении длины дуги. При этом экстремальные значения тока больше установившихся, а экстремальные значения напряжения меньше установившегося. В грубом, приближении при выборе или расчете генератора для ручной дуговой сварки необходимо, чтобы экстремальные значения этих величин стремились к их установившимся значениям.

Большой интерес представляет вопрос, как влияют отдельные конструктивные параметры сварочного генератора и параметры внешней цепи на указанные показатели. Это влияние описывается нелинейными дифференциальными уравнениями второго порядка, и точный учет его возможен только с использованием ЭВМ.

Нетрудно убедиться, что отклонения тока и напряжения генератора во время переходных процессов от установившихся значений будут равны нулю только в случае отсутствия магнитной связи между цепью якоря и цепью возбуждения. Однако практически это недостижимо, так как формирование крутопадающих внешних статических характеристик осуществляется именно за счет магнитного взаимодействия этих цепей. Уменьшение этой магнитной связи в отечественных сварочных генераторах рассматриваемой конструкции в основном достигается путем разнесения последовательной обмотки возбуждения и обмотки независимого возбуждения на разные полюсные сердечники.

Для практических целей также важно знать, что, пиковое значение тока короткого замыкания и минимальное значение напряжения холостого хода обратно пропорциональны. Генератор, у которого после обрыва короткого замыкания в первый момент времени минимальное напряжение холостого хода имеет относительно небольшое значение, будет иметь большой динамический пик тока короткого замыкания. По этой причине величина Ur min согласно ГОСТ 304-82 является основной величиной, характеризующей качество переходных процессов сварочного генератора. В соответствии с ГОСТ 304-82 она не должна быть меньше 24 В в режиме минимального тока и 37 В в режиме номинального тока.

Известно, что от величины I _к.р. зависит разбрызгивание металла при сварке. Чем больше эта величина при прочих равных условиях, тем больше разбрызгивание металла при сварке. Исследованиями установлено, что, уменьшая эту величину, у отечественных коллекторных сварочных генераторов можно уменьшить разбрызгивание металла в 2-3 раза.

Рис. 4 - Зависимость относительного значения динамического пика тока короткого замыкания генератора ГСО-300 А от изменения параметров цепей якоря и возбуждения в диапазоне малых токов (U = 43 В; I = 225 А)

Зависимость перечисленных показателей качества переходных процессов сварочных генераторов от основных параметров может быть иллюстрирована расчетными кривыми, показанными на Рис.4 и 5 для отечественного сварочного генератора ГСО - 300А.

Из кривых на Рис. 4 и 5 видно, что наибольшее положительное влияние на относительное значение динамического пика тока короткого замыкания, а соответственно и на относительное значение минимального напряжения после обрыва короткого замыкания оказывает в данном случае увеличение индуктивности рассеяния обмотки независимого возбуждения, которое может быть осуществлено, например, включением дополнительного дросселя в эту цепь.

Средняя скорость нарастания сварочного тока в данном случае (при малой длительности) в большей степени уменьшается от увеличения индуктивности рассеяния обмотки якоря, которое может быть осуществлено, например, включением дополнительного дросселя в сварочную цепь. Влияние омических сопротивлений цепей на рассматриваемые показатели в данном случае менее ощутимо, однако всегда их увеличение улучшает динамические свойства генератора. Качественно похожие зависимости имеют и другие типы генераторов рассматриваемой схемы, однако эффективность влияния изменения параметров на показатели качества переходных процессов для каждого конкретного типа может быть другой и зависит в каждом случае от соотношения параметров сварочного генератора и длительности переходных процессов. Чем больше длительность коротких замыканий (сварка электродами больших диаметров), тем большее влияние оказывают омические сопротивления цепей и меньшее - их индуктивные сопротивления.

Рис. 5 - Зависимость средней скорости нарастания тока короткого замыкания генератора ГСО-300А от изменения параметров цепей якоря и возбуждения в диапазоне малых токов (U = 62 В; I = 629 А; ∆t = 0,006 с)

Обозначения на кривых - см. Рис. 4.

Следует также учесть, что рассмотренная выше взаимосвязь Динамических свойств генератора с его параметрами носит приближенный характер и может быть использована на практике лишь для ориентировочного выбора основных способов улучшения сварочных свойств генераторов.

Более точный выбор таких способов требует детального исследования переходных процессов. Так, например, роль индуктивности рассеяния цепи якоря сварочного генератора не ограничивается описанным выше влиянием на экстремальные значения тока и напряжения при ступенчатых возмущениях по длине дуги. Индуктивность цепи якоря генератора благоприятно влияет на процесс сварки также и в связи с наведением в ней ЭДС самоиндукции при возникновении скоростных возмущений по длине дуги. Более подробный анализ этого влияния можно найти в литературе по сварке.

Принципы построения у генераторов жестких внешних статических характеристик для автоматизированной сварки значительно проще, чем крутопадающих характеристик. Это объясняется тем, что любой коллекторный генератор общего применения имеет пологопадающую внешнюю статическую характеристику. Наклон этой характеристики, как известно, обусловливается в основном падением напряжения в элементах омического сопротивления цепи якоря и падением напряжения, связанным с размагничивающим действием поперечной и продольной реакции якоря. Для компенсации этих падений напряжения с целью получения более жестких характеристик сварочные генераторы имеют обычно небольшую последовательную обмотку возбуждения ОВП (см, Рис.1), МДС которой направлена согласно с МДС обмотки независимого возбуждения. Регулирование напряжения сварочного генератора в данном случае также осуществляется изменением тока возбуждения реостатом в цепи возбуждения. Некоторые генераторы с жесткими характеристиками выполняются с самовозбуждением.

Сварочные генераторы - это сложные электромеханические устройства, которые представляют собой объединенные на общей базе двигатель внутреннего сгорания с необходимыми системами обеспечения его работы. А также мощный генератор со своими электронными системами и приборами контроля. Суть его работы проста. Механическая энергия вращения коленчатого вала двигателя преобразуется генератором в постоянный электрический ток с показателями, поддерживающими устойчивое горение сварочной дуги. Сварочные генераторы еще называют сварочными агрегатами. В результате последующей стабилизации, регулировки постоянного электрического тока и подачи его по проводам к металлическим деталям происходит их нагрев и соединение. У сварочных агрегатов есть уникальная, присущая только им особенность. Благодаря тому что электричество вырабатывает сам генератор, этот аппарат можно использовать в тех местах, куда электричество еще не проведено. Самый главный его недостаток - чрезвычайная громоздкость, большой вес и трудности в обслуживании. Из-за этого спрос на сварочные генераторы, применяемые в быту, невысок, и используют их весьма ограниченно.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

1. Виды сварки. Виды сварочных аппаратов.

1.1 Трансформаторы сварочные.

1.2 Выпрямители сварочные.

1.3 Инверторные сварочные аппараты.

2 Устройство трансформатора.

3. Расчет электросварочного трансформатора.

В настоящее время не существует такой промышленной отрасли, в которой не применялась бы сварка. Особенно широко сварочные работы применяются в строительстве. Существует множество моделей сварочных аппаратов и каждый из них предназначен для определённого вида сварки металла, но в основе любой конструкции сварочного устройства лежит принцип преобразования характеристик ЭДС с помощью трансформатора.

Актуальность данной работы заключается в том, что изучение электро-технического устройства сварочного трансформатора позволяет закрепить практически полученные теоретические знания.

Целю данной работы, является изучение устройства строительного электрооборудования.

Задачей данной работы является изучение электротехнического устройства сварочного трансформатора.

Объектом работы является строительное электрооборудование.

Предметом работы является сварочный трансформатор.

Метод данной работы – изучение учебной литературы.

1. Виды сварки. Виды сварочных аппаратов.

В настоящее время существует большое количество видов и типов сварки, вот только некоторые из них:
- ручная электродуговая с
- аргонодуговая сварка
- полуавтоматическая сварка
- плазменная сварка
- точечная сварка
- газовая сварка
- контактная сварка (сопротивлением)
- электронно-лучевая сварка
- лазерная сварка
- термическая сварка варка

Каждому виду соответствует своё специальное оборудование. Но в данной работе нас интересуют устройства, производящие сварку с помощью электрического тока. Электродуговой сварочный аппарат, как правило, представляет собой источник питания постоянного или переменного тока, сварочная цепь которого гальванически развязана от сети электропитания, выполняющий функцию дуговой сварки плавлением, контактной сварки, сварки давлением. Он может представлять собой простой трансформатор, а так же сложный высокотехнологический агрегат В течение последних 100 лет для того, чтобы получить источник питания для сварки, использовалось большинство из доступных электрических и электронных технологий: от обыкновенного трансформатора до инверторов, обеспечивающих резонанс на частоте переключения более 100 кГц, от селеновых диодов до 32-разрядных микропроцессоров.
На данный момент существует три основных вида сварочных аппаратов для дуговой сварки:
- трансформаторы (наиболее просты по устройству и эксплуатации) - выпрямители (более высокого уровня по сравнению с трансформаторами)
- инвертор ( достижение в разработке сварочных аппаратов, уменьшение веса и энергозатрат).

1.1 Трансформаторы сварочные (источники питания переменным током).

Это специальные виды однофазных и трехфазных трансформаторов, а также электромашинные генераторы повышенной частоты (400—500 Гц). Существуют два основных принципа построения сварочных трансформаторов: с нормальным магнитным рассеянием и дополнительным индуктивным сопротивлением — дросселем и с искусственно увеличенным магнитным рассеянием.
Трансформаторы первой группы бывают двух основных типов:

а) в двухкорпусном исполнении с отдельным дросселем а между обмотками трансформатора и дросселя имеется только электрическая связь, а величина сварочного тока изменяется путем изменения воздушного зазора в магпитопроводе дросселя.

б) в однокорпусном исполнении между обмотками трансформатора и дросселя существует как электрическая, так и магнитная связь; трансформаторы этого типа экономичнее и удобнее в эксплуатации.
В трансформаторах второй группы (в однокорпусном исполнении) необходимые внешние характеристики создаются за счет изменения реактивного сопротивления трансформатора. Это достигается за счет принудительного изменения расстояния между первичной и вторичной обмотками за счет изменения величины рассеяния магнитосиловых линий при помощи магнитного подвижного шунта , вводимого в зазор между удаленными друг от друга обмотками.

1.2 Выпрямители сварочные однопостовые (источники питания постоянным током).

Этот сварочный аппарат состоит из трансформатора и блока вентилей. Иногда в комплект выпрямителя входит также дроссель, включенный в цепь постоянного тока для получения нормального переноса электродного металла в дуге. В основном применяют многофазные выпрямители. В выпрямителях с полого-падающей характеристикой используют трансформаторы с малым сопротивлением короткого замыкания. Для получения падающей характеристики необходимы трансформаторы с дросселями или с развитым магнитным рассеянием, аналогичные ранее описанным. В современных выпрямителях применяют преимущественно кремниевые вентили, а в ряде случаев селеновые. Селеновые выпрямители обладают большой перегрузочной способностью и необходимы для сварочных аппаратов с падающей или жесткой характеристиками.
Кремниевые выпрямители применяют главным образом в источниках с падающими характеристиками. Они отличаются малым размером и, как следствие, очень напряженным тепловым режимом работы.

1.3 Инверторные сварочные аппараты.

Это последнее слово техники в сварочном производстве. Инвертор является блоком питания и генератором сварочного тока, и имеет габариты в 10 раз меньше габаритов выпрямителей и трансформаторов с теми же характеристиками, а главное инверторный аппарат имеет КПД около 90%.. Основным принципом работы сварочного аппарата инвертора является многократное поэтапное преобразование электрической энергии. Можно выделить основные этапы преобразования тока в сварочном инверторе:
• выпрямление переменного сетевого напряжения частотой 50 Гц в первичном выпрямителе, собранном из силовых диодов по мостовой схеме;
• преобразование полученного выпрямленного напряжения с повышенными пульсациями в переменное напряжение высокой частоты с помощью инвертирующего преобразователя;
• понижение переменного напряжения высокой частоты импульсным высокочастотным трансформатором до значения, соответствующего напряжению сварки, с формированием необходимого вида вольтамперной характеристики;
• преобразование вторичным выпрямителем переменного напряжения высокой частоты, имеющего величину сварочного напряжения, в постоянное напряжение со сглаживанием пульсаций тока.

2 Устройство трансформатора.

. Трансформатор — устройство, которое позволяет как повышать, так и понижать напряжение.

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, который изготовляют в основном из тонких пластин специальной стали. Это сделано для того, чтобы не терять энергии при преобразовании напряжения. В листовом материале вихревые токи будут играть меньшую роль, чем в сплошном.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в железном сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает э.д.с. индукции в каждой обмотке. Причем мгновенное значение э.д.с. индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотки согласно закону Фарадея определяется формулой

е = - ? Ф/ ? t.

Если Ф = Ф₀ соs?t, то

е = ? Ф₀sin?t, или

е = E₀ sin?t ,

где E₀= ? Ф₀ - амплитуда э.д.с. в одном витке.

В первичной обмотке, имеющей п₁ витков, полная э.д.с. индукции e₁ равна п₁е.

Во вторичной обмотке полная э.д.с. е₂ равна п₂

е, где п₂ - число витков этой обмотки.

Отсюда следует, что

e_1/ е_{2 =}п_1/ п₂. (1)

Сумма напряжения u₁, приложенного к первичной обмотке, и

э.д.с. e₁должна равняться падению напряжения в первичной

u₁+ e₁= i₁R₁, где

R₁ - активное сопротивление обмотки, а i₁-

сила тока в ней. Данное уравнение непосредственно вытекает из общего

уравнения. Обычно активное сопротивление обмотки мало и членом i₁

R₁ можно пренебречь. Поэтому

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течет, и имеет

Так как мгновенные значения э.д.с. e₁и e₂

изменяются синфазно, то их отношение в формуле (1) можно заменить отношением

действующих значений E₁ и E₂ этих э.д.с. или,

учитывая равенства (2) и (3), отношением действующих значений напряжений U

Величина k называется коэффициентом трансформации. Если k>1,

то трансформатор является понижающим, при k 0). При активно-емкостной нагрузке (сварочный инвертор) cos опережающий и с ростом потребляемого тока напряжение возрастает тем сильнее, чем меньше cos (рис 2, X 0,015*Р (где Р - в ваттах). Для магнитопроводов отличных от тороидального следует увеличить сечение в 1,3. 1,5 раза. Затем вычисляют диаметр в мм. провода первичной обмотки: di >= 1,13 . Диаметр в мм провода вторичной обмотки вычисляют по формуле: dii>=1,13 , где i - плотность тока в А/мм2. При токе I, меньшем 100 А, принимают i равной 10 А/мм2; при токе менее 150 А - 8 А/мм2, при токе менее 200 А - 6 А/мм2. Если используют некруглый провод, его сечение должно быть равным сечению круглого. В расчете принято, что среднее суммарное время горения дуги не превышает 20 % от среднего суммарного времени пауз между периодами горения дуги.

Теперь обычным порядком рассчитывают условия заполнения обмотками окна магнитопровода. Соотношения здесь не даны; напомним лишь о необходимости внимательно отнестись к расчету, не забыть учесть толщину слоев изоляции.

В качестве примера можно рассмотреть следующий вариант сварочного трансформатора.. Первичная обмотка сконструирована так, чтобы возможно было варьировать число витков, включенных в сеть. Намоточные характеристики трансформатора представлены в таблице.

Сварочный генератор – это автономная установка, применяемая для проведения сварки в условиях отсутствия полноценного источника электроэнергии. Данный агрегат гармонично сочетает в себе две важнейшие функции: организует независимое электроснабжение и вырабатывает сварочный ток определенных параметров.

Его использование позволяет проводить ремонтные и монтажные работы любой сложности там, где снабжение электричеством происходит с перебоями или невозможно вообще в силу отсутствия соответствующих линий. Кроме этого, такой аппарат часто незаменим и в быту, например, в качестве автономной системы освещения или для проведения срочной сварки.

Конструктивно устройство сварочной установки представлено генератором тока и приводным топливным двигателем, которые объединены рядом контролирующих и управляющих узлов и систем. К ним относятся: реостат для отладки сварочного тока, якорь, топливная емкость, пульт управления, коллектор, корпус, токосъемный механизм, капот со шторами и кровлей.

Стоит отметить, что в целом принцип работы сварочного генератора аналогичен действию других подобных установок. Однако у данного аппарата имеется одно главное отличие – наличие такого узла, как якорь, вращаемый посредством двигателя. Благодаря этому он вырабатывает электрическую энергию с постоянными характеристиками, что позволяет обеспечить стабильную и непрерывную сварочную дугу.

Главные эксплуатационные преимущества сварочных генераторов:

компактность, мобильность;
высокая надежность, функциональность;
небольшой уровень шума;
работа в сложных условиях и в режиме высоких нагрузок;
удобный, недорогой и независимый источник питания;
продолжительная эксплуатация в автономном режиме;
стабильная генерация электротока с определенными параметрами.

Типы сварочных генераторов

Приобретая такую технику, следует осознавать, что она предназначена для производства определенного объема электричества, которое нужно для сварки. В связи с этим все конкретные требования потребителя должны совпадать с эксплуатационными возможностями оборудования. В противном случае его эффективная работа невозможна. В зависимости от технических и функциональных характеристик, выделяют следующие типы сварочных генераторов:

Трансформаторы – удобные в работе и компактные агрегаты, выдающие переменный ток и отличающиеся доступной стоимостью.
Выпрямители – станции, предназначенные для производства постоянного тока. Это оборудование используется для получения качественных сварочных швов и обработки деталей из нержавеющей стали.
Инверторы – устройства с функцией высокоточной настройки рабочих параметров. Чаще всего применяются для сваривания в автоматическом или аргонодуговом режиме.

Также в продаже имеются сварочные генераторы, классифицируемые по виду используемого топлива на:

Эти установки характеризуются небольшой мощностью и доступной ценой. Они непригодны для длительных работ в сложных условиях, но считаются наилучшим решением для периодического применения в быту. Отличаются оптимальными габаритами и малым весом, при работе производят мало шума, не загрязняют окружающую среду.

Главные характеристики таких агрегатов – высокая надежность в эксплуатации и солидный спектр мощностей. Благодаря этому дизельные установки отличаются значительным рабочим ресурсом и возможностью функционирования при низкой температуре, а, следовательно, и более высокой рыночной стоимостью. Но их эксплуатация обходится значительно дешевле, чем оборудования, работающего на бензине.

Как работает

Функционирование генератора основывается на свойствах, которые следуют из известного закона электромагнитной индукции. Когда замкнутый контур разместить между полюсами магнита (постоянного), то в условиях вращения он будет проходить через магнитный поток. Во время перехода вырабатывается электродвижущая сила, возрастающая при приближении к полюсу. В случае, если присоединить нагрузку, то образуется поток тока. Когда витки рамки будут выходить из области воздействия магнита, то ЭДС будет уменьшаться и достигнет нуля при горизонтальном положении рамки. При дальнейшем вращении противолежащие контурные части изменят магнитную полярность.

Альтернатор постоянного тока

Значения ЭДС в активных обмотках контура вычисляются по формулах: е1= В I v sin wt, е2= — В I v sin wt, где I — длинна одной стороны рамки, В — магнитная индукция, v — скорость вращения (линейная) контура, t — время, wt — угол пересечения магнитного потока рамкой.

Направление тока меняется в период смены полюсов. Поскольку вращение коллектора происходит одновременно с рамой, то электроток на нагрузке имеет одинаковое направление. Такая схема лежит в основе выработки постоянного электричества. Суммарная ЭДС будет иметь следующий вид: е= 2В I v sin wt.

Принцип действия генератора

Такой ток почти непригоден для применения, поскольку присутствуют пульсации ЭДС. Последние надо уменьшать к допустимому уровню. Для этой цели применяют много магнитных полюсов, рамки заменяют якорями, у которых намного больше обмоток и коллекторов. К тому же, соединение обмоток выполняется разными методами.

Якорь

Ротор производится из стали. В пазы на сердечниках укладываются витки провода, которые составляют рабочую обмотку якоря. Проводники соединяют последовательно. Они образуют секции, создающие замкнутую цепь.

Интересно! Для процесса генерации неважно: вращаются обмотки контура или магнит. По этой причине роторы для маломощных альтернаторов изготавливают из постоянных магнитов, а переменный ток выпрямляют при помощи диодных мостов или иными схемами.

Вам это будет интересно Заземление электрощитка

Узнать, из чего состоит генератор постоянного тока, поможет картинка 4.

Устройство машины постоянного тока

Установка состоит из главных узлов:

неподвижная часть — главные и дополнительные полюса, станина;
вращающаяся часть (якорь) — стальной сердечник, коллектор.

В процессе работы установки ток проводится сквозь обмотку и образуется магнитный поток полюсов. Специальные неподвижные щетки (из сплава графита) способствуют объединению обеих частей генератора в единую цепь.

Устройство и принцип действия генератора постоянного тока за долгий период применения остались прежними, несмотря на некоторые совершенствования.

Характеристики сварочных генераторов

Помимо вышеперечисленных критериев, существует еще ряд важных характеристик, которые напрямую влияют на работу сварочных генераторов. Во-первых, это мощность. Данный показатель указывается производителем в прилагаемом техпаспорте в кВт или кВа. Специалисты рекомендуют подбирать агрегат с определенным запасом мощности, поскольку никогда не известно, какие задачи по сварке понадобится выполнить в будущем.

В-третьих, ремонтопригодность. Прежде чем начать беседу с продавцом о всех прелестях определенной модели, рационально узнать, – где, кем и на каких условиях оказывается техническая поддержка и проводится гарантийный ремонт. Важным критерием является и комплектация. Если оборудование предназначено для ручной переноски, оно должно оснащаться соответствующим чемоданчиком. Также стоит обратить внимание на следующие показатели:

тип и стартовая сила тока;
рабочее и холостое напряжение;
диаметр электродов;
продолжительность включения;
рабочая температура;
вес, размер, транспортабельность.

Принцип работы

Сварочный бензогенератор необходим инвертору в качестве источника напряжения, необходимого для его работы.

Принцип действия обычного генератора основан на превращении механической энергии в электрическую. На выходе в подобных устройствах получается переменное напряжение, характерное скачкам мощности и колебаниям.

Таким образом, производительность и эффективность прибора существенно падает, кроме того снижается длительность эксплуатации аппарата.

Какой генератор нужен для сварочного аппарата?

Тут есть два основных выхода из ситуации:

применять электрические станции со значительным запасом по мощности;
использовать станцию, выдающую стабильное напряжение.

Оба варианта обладают своими преимуществами и недостатками. Таким образом, выбор необходимо делать, основываясь на особенностях выполняемой работы.

Работа сварочного генератора

Практически всегда выгоднее приобрести именно сварочный генератор, а не автономную станцию и отдельно установку для сварки. Ведь часто случается так, что топливный агрегат не обеспечивает работу сварочного аппарата по причине нехватки мощности. А вот генератор для сварки рассчитан на определенную мощность и эксплуатацию в широком спектре температур, что при правильном подборе гарантирует отличное качество созданных швов.

Также немаловажен факт, что подобные установки предназначены для обработки разных металлов в различных, порой сложных климатических условиях. Кроме того, именно в автономных системах предусмотрены разнообразные защитные функции, микропроцессорное управление и возможность автоматической отладки напряжения. Благодаря этому такое оборудование отличается универсальностью, высокой производительностью и безопасностью.

Особенности работы аппаратов

Существует несколько схем функционирования оборудования для сварки: с независимым возбуждением, самовозбуждением и т. д. В первом случае обмотку генератора питает источник постоянного электротока. Падающая внешняя характеристика объясняется созданием стабильного магнитного потока, который вырабатывает устройство независимого возбуждения. Реостат отвечает за регулировку силы поступающей энергии.

Принцип работы сварочного генератора с самовозбуждением базируется на поступлении постоянного тока на обмотку якоря аппарата. Коллектор такого оборудования оснащён специальной щёткой, к которой подключён намагниченный провод, создающий магнитный поток постоянного типа.

Схема работы сварочного аппарата:

Появление переменного тока в местах пересечения обмоткой силовых магнитных линий, которые размещены на полюсах статора.
Образование постоянного электротока на коллекторах генератора.
Перемещение энергии к угольным щёткам.
Поступление тока на зажимы, откуда он попадает к проводам сварочного аппарата.

Большинство типов рассматриваемой техники работает от электричества, однако не всегда есть возможность подключения оборудования к сети. Схема и устройство сварочного дизель-генератора позволяет аппарату работать долго, вырабатывать немного шума и экономно расходовать топливо.

Схемы сварочных генераторов

Современная промышленная индустрия предлагает широкий ассортимент моделей этих установок. Схемы сварочных генераторов, определяющие принципы их функционирования и управления, выполняются в различных модификациях и отличаются внешними характеристиками. Сегодня практически все известные производители используют собственные наработки в данной сфере.

Такой подход весьма полезен для конечных потребителей, поскольку обеспечивает возможность выбрать продукцию не только с учетом планируемых работ, но и по бюджету. В настоящее время наибольшим спросом пользуется оборудование, функционирующее по типу независимого или самовозбуждения и следующим схемам:

универсальная;
с падающей характеристикой;
с жесткой или пологопадающей характеристикой.

Ремонт сварочного генератора

Несмотря на то, что сварочный генератор отличается высокими техническими характеристиками и степенью надежности, иногда, как и все электромеханическое оборудование, он ломается. Причины выхода аппарата из строя могут быть разными: некачественное топливо, ненадлежащее обслуживание, некорректно установленный режим работы и т.д.

Чтобы избежать неожиданного отказа сварочного генератора и последующей остановки работ на объекте, необходимо своевременно проводить его техническое обслуживание и по возможности устранять выявленные неисправности. Как правило, к каждому аппарату прилагается инструкция, в которой подробно описываются самые распространенные проблемы и методы их решения.

Однако самостоятельный ремонт сварочного генератора требует определенных познаний в сферах электрики и механики. Если таковых не имеется, лучше остановиться на стандартном профилактическом обслуживании, а все остальное доверить профессионалам сервисных центров. Подобное распределение ответственности, несомненно, позволит увеличить срок службы сварочного генератора от любого производителя. Типичные работы по устранению дефектов можно разделить на две основные группы:

Обычно предусматривает периодическую проверку и при необходимости замену поршневых колец. Срок непрерывной эксплуатации данных элементов сварочного генератора указывается в инструкции. Поэтому если при разборе двигателя выявляется изношенность этих запчастей, их следует заменить. Дальнейшая пригодность к службе или необходимость смены смазки для двигателя и свечи также определяется путем визуального осмотра;

Чаще всего такие работы заключаются в замене истертых токосъемных щёток и перематывании обмоток в ситуации межвиткового замыкания. Даже если выявлен износ только одной щетки, обязательно меняют сразу обе. Именно для этого типовой ремнабор комплектуется парой запасных. Еще одним распространённым дефектом является поломка валовых подшипников или их прокрутка внутри корпуса. Подобные неисправности сварочного генератора сопровождаются ощутимым шумом и повышенной температурой.

Читайте также: