Источники питания для дуговой сварки

                                  Источники питания для дуговой сварки

Источники питания  классифицируются в зависимости  от рода тока и принципа действия. В  качестве источников переменного тока используют сварочные трансформаторы и специализированные установки  на их основе; в качестве источников постоянного тока - сварочные выпрямители, преобразователи и агрегаты, а  также специализированные источники  на базе выпрямителей.

Трансформатор понижает переменное напряжение сети до величины необходимой для ведения  процесса сварки. Это наиболее простые  и дешевые источники, широко используемые при ручной сварке покрытыми электродами  и автоматической сварке под флюсом. Специализированные установки на основе трансформаторов применяют для  сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом в защитном газе.

Устойчивость  дуги постоянного тока более высока по сравнению с устойчивостью  дуги переменного тока, что заметно  влияет на качество сварки (на малых  токах, электродами с фтористо-кальциевыми  покрытиями, в углекислом газе, наплавка под флюсом). В этих случаях рекомендуется  использовать источники постоянного  тока.

Генератор преобразует  механическую энергию вращения якоря  в энергию постоянного тока, используемую для сварки.

Преобразователь является комбинацией трехфазного  асинхронного двигателя переменного  тока и сварочного генератора постоянного  тока и, следовательно, преобразует  энергию сетевого переменного напряжения в используемую для сварки энергию  постоянного тока. Электрическая  энергия сети переменного тока преобразуется  в механическую энергию электродвигателя, вращает вал генератора и преобразуется  в электрическую анергию, постоянного  сварочного тона, Поэтому коэффициент  полезного действия преобразователя  невелик: из-за наличия вращающихся  частей они менее надежны и  удобны в эксплуатации по сравнению  с выпрямителями. Однако для строительно-монтажных  работ использование генераторов  имеет преимущество по сравнению  с другими источниками благодаря  их меньшей чувствительности к колебаниям сетевого напряжения.

Агрегат состоит  из двигателя внутреннего сгорания и генератора постоянного тока. В  нем для получения сварочного тока используется энергия сжигания химического топлива. Химическая энергия  сгорания топлива преобразуется  в механическую» а затем в  электрическую энергию. Агрегаты используют в основном для ручной сварки в  монтажных и полевых условиях, где отсутствуют электрические  сети.

Выпрямитель преобразует  энергию сетевого переменного напряжения в постоянное – используемое для сварки. Наиболее совершенны сварочные выпрямители, которые имеют более высокий коэффициент полезного действия, меньшую массу, удобны в изготовлении и эксплуатации, обладают лучшими технологическими свойствами. Их применяют для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки, а также в качестве универсальных источников.

Большая часть  источников питания предназначена  для сварки низкоуглеродистых и  низколегированных сталей средней  и большой толщины. Они являются источниками общепромышленного  применения. К ним относятся источники  для ручной сварки покрытыми электродами, механизированной сварки в защитных газах и под флюсом.

Специализированные  источники представляют собой аппараты, дополненные различными вспомогательными устройствами, расширяющими их технологические  возможности. Источник постоянного  для сварки неплавящимся электродом в защитном газе имеет устройства для возбуждения дуги и заварки  кратера. 

                                            Сварочный трансформатор

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции, заключающееся в том, что  при изменении магнитного потока внутри контура, охваченного проводником, в этом проводнике возникает электродвижущая  сила (ЭДС), а при замыкании проводника – в нем появляется ток.

Сварочный трансформатор  содержит две или более электрически несвязанных между собой обмоток (цилиндрические или дисковые), размещенных  на замкнутом стальном магнитопроводе. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы броневого и стержневого типа изготавливают из листовой электротехнической стали.

Трансформаторы  работают с воздушным естественным или принудительным охлаждением. У  трансформаторов с цилиндрическими  обмотками первичные и вторичные  обмотки наматываются концентрично одна поверх другой и относятся к  группе трансформаторов с минимальным  или нормальным электромагнитным рассеянием. Они являются полным аналогом силовых  воздушных трансформаторов идентичной мощности. У трансформаторов с  дисковыми обмотками первичная  и вторичная обмотки обычно разнесены  относительно друг друга. Они относятся  к группе специальных сварочных  трансформаторов с увеличенным  или развитым электромагнитным рассеянием.

Трансформаторы  для дуговой сварки выпускаются  по ГОСТ 95-77 на номинальные силы тока 160, 250, 315, 400 и 500 А.

Различают две  основные принципиальные электромагнитные схемы сварочных трансформаторов.

Первая группа – трансформаторы с нормальным (малым) рассеянием и дополнительной реактивной катушкой - реактором (дросселем).

Вторая группа – трансформаторы с увеличенным  магнитным рассеянием.

Внутри каждой группы сварочные трансформаторы классифицируются по виду конструкции и способам настройки  режима.

К первой группе относятся:

Сварочные трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием в комбинации с реактивной катушкой - реактор в однокорпусном исполнении. Такие трансформаторы имеют с  реактором общий магнитопровод. Настройка режима в таких трансформаторах осуществляется плавным изменением воздушного зазора в сердечники реактивной катушки.

Сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом. Трансформаторы этого типа выполняются  с неподвижными обмотками, размещенными на одном или двух разных стержнях на соответствующем расстоянии друг от друга с целью обеспечения  требуемого рассеяния. Между обмотками  располагаются подвижные магнитные  шунты, перемещением которых изменяют поток рассеяния и производят настройку режима.

Сварочные трансформаторы с неподвижным подмагничиваемым шунтом. Принцип работы этого трансформатора аналогичен предыдущему. Отличие заключается в способе изменения величины магнитного сопротивления потока рассеяния, за счет изменения тока в обмотке подмагничивания расположенной на неподвижном шунте.

 Сварочные  трансформаторы с увеличенным  магнитным рассеянием и подвижными  обмотками. Одна или обе обмотки  трансформатора выполняются подвижными. В некоторых конструкциях для усиления потока рассеяния между обмотками размещены неподвижные магнитные шунты. Настройка на заданный режим осуществляется путем плавного перемещения подвижных обмоток, которая может сочетаться со ступенчатым секционированием вторичной обмотки.

Сварочные трансформаторы с ярмовым рассеянием имеют фиксированное индуктивное сопротивление благодаря неподвижному расположению первичной и вторичной обмоток на разных стержнях сердечника. Настройка режима осуществляется за счет дополнительной неподвижной ярмовой обмотки и обмотки, выполненной сварочным кабелем поверх основной обмотки трансформатора, которые являются дополнительным индуктивным сопротивлением. При этом напряжение холостого хода трансформатора несколько возрастает.

Сварочные трансформаторы с тиристорным коммутатором. Их часто называют «тиристорные трансформаторы». Они имеют фиксированное индуктивное сопротивление за счет расположения первичной и вторичной обмоток на различных стержнях сердечника. Настройка режима осуществляется путем изменения угла включения тиристоров, которые могут включаться как в первичную, так и во вторичную цепь. При такой настройке трансформатора наблюдаются значительные перерывы в горении дуги. Для обеспечения непрерывности горения дуги используют различные способы, обеспечивающие надежное повторное зажигание дуги. В зависимости от этого различают “тиристорные трансформаторы” с прерывистым питанием дуги и - с подпиткой дуги.

                                               Сварочный выпрямитель

Выпрямители сварочные  предназначены для качественной ручной дуговой электросварки прямого  и сложного профиля, различных металлов и сплавов на постоянном токе, любой  полярности, штучными электродами всех видов, а также в среде защитных газов.

Имеют возможность  подключения приставки для аргонодуговой  сварки (БУСП-ТИГ), подающих механизмов для полуавтоматической сварки с  соответствующим блоком, пультов  дистанционного регулирования тока, а также пультов пульсирующей сварки (типа ППС-01) на режимах МИГ-МАГ  и ММА.

Регулирование сварочного тока осуществляют за счет перемещения катушек при вращении рукоятки ходового винта. Для расширения пределов регулирования предусмотрен переключатель, позволяющий выбрать  один из двух диапазонов.

По конструкции  силовой части выпрямители можно  разделить на шесть групп (рис. 1). Более ранняя и простая конструкция  у выпрямителя , регулируемого трансформатором (рис. 1, а). Его силовая часть состоит из трансформатора Г, выпрямительного блока VD на неуправляемых вентилях и сглаживающего дросселя L. Трансформатор в такой схеме используется для понижения напряжения, формирования необходимой внешней характеристики и регулирования режима. Некоторое применение нашел выпрямитель с дросселем насыщения (рис. 1, б). Дроссель насыщения LS применяют для формирования внешней характеристики и регулирования режима. Более совершенны и распространены тиристорные выпрямители (рис. 1, в). Тиристорный выпрямительный блок VS за счет фазового управления моментом включения тиристоров обеспечивает регулирование режима, а при введении обратных связей по току и напряжению — также и формирование любых внешних характеристик. Иногда тиристорный регулятор VS устанавливают в цепи первичной обмотки трансформатора Т (рис. 1, г), тогда выпрямительный блок VD может быть собран из неуправляемых вентилей — диодов. Транзисторный регулятор VT, наоборот, устанавливают в цепи сварочного тока (рис. 1, д), с его помощью легко реализовать программное управление процессом сварки. Оригинальна схемаинверторного источника (рис. 1, е). Инвертор UZ преобразует постоянное напряжение выпрямительного блока VD1 в высокочастотное переменное, которое затем понижается трансформатором Т и выпрямляется блоком VD2. Воздействуя на параметры инвертора, регулируют режим и формируют внешние характеристики выпрямителя. В состав любого выпрямителя входят также вентилятор, пускорегулирующая и контрольная аппаратура. Тиристорные, транзисторные и инверторные выпрямители имеют более сложные схемы управления с цепями формирования управляющих сигналов и обратных связей. 

                                           Блок-схемы выпрямителей

Выпрямители классифицируют также по типу внешних характеристик. При механизированной сварке в защитном газе и под флюсом для комплектования аппаратов, действующих по принципу саморегулирования дуги, применяют  однопостовые выпрямители с жесткими характеристиками. Эти выпрямители  имеют, как правило, трансформатор  с нормальным рассеянием. Регулятор  выпрямителя используется для настройки  сварочного напряжения. В настоящее  время используются следующие способы  регулирования напряжения: витковое (выпрямитель с трансформатором  с секционированными обмотками), магнитное (выпрямитель с трансформатором  с магнитной коммутацией, выпрямитель  с дросселем насыщения), фазовое (тиристорный выпрямитель), а также импульсное (частотное, широтное и амплитудное в выпрямителе с транзисторным регулятором и инверторном источнике).

Для ручной сварки предназначены выпрямители с  падающими характеристиками. В современных  отечественных конструкциях приняты  такие способы формирования характеристик: увеличение сопротивления трансформатора (выпрямитель с трансформатором  с подвижными обмотками, с магнитным  шунтом или с разнесенными обмотками), использование обратной связи по току (тиристорный, транзисторный и инверторами источники). Требования к таким выпрямителям изложены в ГОСТ 13821-77 «Выпрямители однопостовые с падающими внешними характеристиками для дуговой сварки».

Широко применяются  также и универсальные выпрямители, обеспечивающие как жесткие, так  и падающие характеристики. 

                                                   Сварочный генератор

Сварочные генераторы преобразуют механическую энергию  вращения якоря в электрическую  энергию постоянного тока.

Сварочные генераторы являются составной частью вращающихся  источников питания. Их иногда называют машинными источниками питания (ИП). Вращающиеся ИП состоят из сварочного генератора и приводного двигателя. В качестве приводного двигателя используется либо электрический, либо двигатель внутреннего сгорания: бензиновый или дизельный.

Вращающийся ИП, состоящий из сварочного генератора и электродвигателя в однокорпусном  исполнении называют сварочным преобразователем, а сварочный генератор в комплекте  с отдельным двигателем, соединенным  между собой муфтой сцепления, называют агрегатом, Агрегаты с двигателем внутреннего  сгорания применяются в основном при ручной сварке в полевых условиях или монтаже, где отсутствует  электрическая сеть питания.