78-46 Однопостові та багатопостові джерела зварювального струму

 Джерела живлення

План

1. Класифікація  джерел живлення зварювальної дуги

2. Зварювальні трансформатори

3. Зварювальні випрямлячі та перетворювачі

4. Зварювальні генератори та апарати

5. Інверторні джерела живлення

Література [1, 2]

1. Класифікація джерел живлення

Джерела живлення зварювальної дуги класифікують:

- за родом струму – змінного і постійного струму;

- за типами – трансформатори, випрямлячі, перетворювачі, генератори, агрегати, установки;

- за видом – для дугового зварювання, для плазмового зварювання;

- за способом зварювання – для ручного, під флюсом, у захисних газах, універсальні, без захисту дуги, під флюсом і в захисних газах;

- за кількістю постів – однопостові і багатопостові;

- за номінальним струмом – на 125,160, 200, 250, 310, 400, 500, 630, 1000, 1250, 1600, 2000, 2400, 3150, 5000 А;

- за кліматичним виконанням – для помірного клімату, для помірного і холодного клімату, для тропічного клімату;

- за категорією розміщення – для роботи на свіжому повітрі; для приміщень,  де коливання вологості й температури мало відрізняються від свіжого повітря; для закритих приміщень, де коливання вологості й температури, вплив пилу менші, ніж на свіжому повітрі; для приміщень із штучним кліматом; для приміщень з великою вологістю.

Для електродугового зварювання використовують джерела живлення змінного струму (одно-  й трифазні зварювальні трансформатори) і постійного струму (зварювальні випрямлячі, генератори, перетворювачі). 

Вибираючи джерело живлення, керуються їх основними параметрами. Головним з них є номінальний струм. Джерела живлення для ручного зварювання розраховані на струм від 125 до 500 А, для напівавтоматичного – від 200 до 1000 А, для автоматичного – від1000 до 5000 А.

 2. Зварювальні трансформатори

Зварювальний трансформатор – електричний прилад, призначений для зниження напруги з 220 або 380 В до безпечної напруги, але достатньої для легкого запалення та стійкого горіння електричної дуги (не більше 80 В) і регулювання сили зварювального струму залежно від діаметра електричного дроту й товщини зварювального металу.

Трансформатори широко використовують для ручного дугового зварювання покритими електродами, на автоматах для зварювання під флюсом, для зварювання неплавкими електродами в інертних газах (для алюмінію та його сплавів), у спеціальних установках і при електрошлаковому зварюванні. Джерела змінно­го струму порівняно дешеві та надійні в роботі.

Принцип дії зварювального трансформатора (рис. 3) ґрунтується на явищі електромагнітної індукції. Він складається з корпусу, усередині якого міститься магнітопровід (осердя), зібра­ний з тонких (0,5 мм) лакованих пластин елек­тротехнічної сталі й на якому розміщені первин­на та вторинна обмотки.

Рис. 3. Зварювальний трансформатор:

1 — отвори охолодження; 2 — корпус; 3 — затискач для приєднання проводів зварювального кола; 4 — ручка; 5 — замкнутий магнітопровід (осердя); 6 — рукоятка; 7 — рим-болт; 8 — кришка корпусу; 9 — вертикальний гвинт із стрічковою різьбою; 10 — ходова гайка гвинта; 11, 12— вторинна й первинна обмотки трансформатора

Котушки первинної обмотки вмикають у мере­жу змінного струму, а від котушок вторинної об­мотки зварювальний струм подається на електрод і виріб. У момент підключення первинної обмотки до електромережі (вторинна обмотка розімкнута) установлюється режим холостого (неробочо­го) ходу трансформатора. Напруга вторинної об­мотки під час холостого ходу є максимальною, її називають напругою холостого ходу. Відношення напруги первинної обмотки до напруги вторин­ної на холостому ходу називають коефіцієнтом трансформації. Він дорівнює відношенню кіль­кості витків первинної обмотки до кількості вит­ків вторинної. Отже, у трансформаторах знижу­ється напруга з 220 або 380 В до 60-90 В, тому їх називають знижувальними. Коли під час запалю­вання дуги коло вторинної обмотки замикається, установлюється режим навантаження.

Силу зварювального струму регулюють зміною напруги холостого ходу й опором трансформатора.

Плавне регулювання сили струму можна забез­печити пересуванням рухомих обмоток за допомо­гою гвинтового механізму і рукоятки, збільшуючи або зменшуючи відстань між первинною і вторин­ною обмотками. Зі збільшенням відстані магніт­ний зв’язок між обмотками зменшується (збільшу­ється індуктивний опір) і, відповідно, зменшується зварювальний струм, а зі зменшенням відстані між обмотками зварювальний струм збільшується.

Регулювання струму можна здійснювати вве­денням магнітного шунта між обмотками, що збільшить магнітний потік розсіювання і змен­шить струм. Змінюючи розташування шунта, забезпечують плавне регулювання зварювального струму. Використовують також і нерухомий маг­нітний шунт, який підмагнічується обмоткою ке­рування постійного струму. Якщо в цій обмотці струм збільшити, то магнітний опір шунта зрос­те, магнітний потік розсіювання зменшиться, а зварювальний струм збільшиться.

Змінюючи способи з’єднання обмоток, можна змінювати опір трансформатора ступінчасто. При послідовному з’єднанні первинних обмоток і по­слідовному з’єднанні вторинних опір трансформа­тора збільшується, а при паралельному з’єднанні первинних обмоток і паралельному з’єднанні вто­ринних загальний опір трансформатора зменшу­ється. Коли використовується одна первинна й одна вторинна обмотки, то опір трансформатора дорівнює індуктивному опору. Отже, змінюючи з’єднання обмоток, отримують три ступені регулю­вання, тобто чотирикратну зміну струму.

Для ручного дугового зварювання використо­вують трансформатори типу ТД, ТД П, ТСП з ру­хомими котушками; СТШ, ТДМ — з рухомими магнітними шунтами; ТСМ — з намотуванням кабелю безпосередньо на кожух трансформатора для регулювання струму. Деякі типи трансфор­маторів оснащують пристроями для зниження напруги холостого ходу із збудником-стабілізатором ВСД і конденсаторами для підвищення коефіцієнта потужності.

Для механізованого зварювання використову­ють трансформатори типу ТДФ, ТДФЖ з тирис­торним регулюванням; для електрошлакового — трансформатори типу ТСШ, ТРМК.

3. Зварювальні випрямлячі та перетворювачі

Зварювальний випрямляч – прилад призначений для перетворення змінного струму на постійний і живлення ним зварювальної дуги.

Випрямлячі класифікують:

- за кількістю обслуговуваних постів – однопостові, багато постові;

- за кількістю фаз живлення – одно- й трифазні;

- за типом вентилів – діодні, тиристорні, інверторні;

- за призначенням – для ручного дугового зварювання, для механізованого зварювання під флюсом, для механізованого зварювання у вуглекислому газі, універсальні.

Основними елементами випрямляча (див. рис. 4) є трансформатор, регулюючий пристрій і напівпровідникові вентилі (селенові, кремнієві або германієві), які проводять струм тільки в одному напрямку.

Рис. 4. Зварювальний випрямляч:

1 — блок випрямляча; 2 — висув­ні ручки; З — запобіжники; 4 — блок апаратури; 5 — вентилятор; 6 — теплове реле; 7 — силовий трансформатор; 8 — вторинна обмотка; 9 — первинна обмотка; 10 — амперметр; 11 — лампа; 12 — кнопки вимикача; 73 — ско­би; 14 — рукоятка регулювання струму; 15 — перемикач діапа­зонів струму; 16 — шини зазем­лення зворотного проводу; 17 — струмові роз’єми; 18 — болт заземлення; 19 — штепсельний роз’єм для підключення до елек­тромережі

Розрізняють нерегульовані і регульовані випрямлячі. Блок нерегульованого випрямляча складається з силових діодів, а регульованого  випрямляча – з тиристорів.

Тиристор – керований кремнієвий вентиль.

Зварювальний перетворювач - це машина, призначена для перетворення змін­ного струму на постійний зварювальний струм.

Зварювальний перетворювач перетворює механічну енергію електродвигуна на електричну з необхідним для зварювання діа­пазоном струмів і напруг. Він складається з ге­нератора постійного струму ГСГ-500-1 і привід­ного трифазного асинхронного електродвигуна  типу АВ2-71-2С, розміщених на одному валу й змонтованих на одному загальному корпусі.

Генератор складається з корпусу із за­кріпленими на ньому магнітними полюсами та якоря, що набраний із лакованих пластин електротехнічної сталі. У пазах якоря розміщені витки обмотки. Обидва кінці кожної групи вит­ків якоря припаяні до мідних пластин колек­тора. У розподільному пристрої розміщені пакетний вимикач, регулювальний реостат, вольтметр, затискачі та інша апаратура. Маг­нітне поле в генераторі створюється магнітними полюсами обмоток збудження, які живляться постійним струмом від щіток генератора.

З увімкненням електродвигуна якір починає обертатися в магнітному полі. У його витках виникає змінний струм, який за допомогою ко­лектора перетворюється на постійний. Вугільні щітки генератора знімають з колектора постій­ний струм, що підводиться до затискачів, до яких приєднуються і зварювальні проводи. Для охолодження перетворювача на валу є вентиля­тор. Зварювальний струм регулюється зміною струму в колі обмоток збудження за допомогою маховика реостата, при обертанні якого за го­динниковою стрілкою збільшується струм в об­мотках збудження, магнітний потік зростає і зва­рювальний струм збільшується. Якщо ж крутити маховик проти руху годинникової стрілки, зва­рювальний струм зменшується. Для переміщен­ня перетворювача передбачені колеса з тягою.

4. Зварювальні генератори та апарати

Зварювальний генератор – це апарат, призначений для перетворення механіч­ної енергії привідного двигуна на електричну.

Зварювальний генератор (рис. 5.) є складо­вою частиною зварювальних перетворювачів і зварювальних агрегатів. Принцип дії генератора ґрунтується на законі електромагнітної індукції.

Рис. 5.  Зварювальний генератор:

1 — колектор із струмознімачем;  2 — якір; 3 — полюс з обмоткою збудження; 4 — пристрій керування; 5 — вен­тилятор; 6 — корпус з підшипниковими щитками

Зварювальні генератори бувають одно- та багатопостові. Їх виготовляють із спадними або жорсткими зовнішніми характеристиками.

Розрізняють генератори з незалежним збу­дженням, та із самозбу­дженням.

За способом виконання зварювальні генера­тори бувають однокорпусні (генератор і двигун розміщені на одному валу в одному корпусі) і роздільні (генератор і двигун — на загальній ра­мі, а їх вали з’єднані через спеціальні муфти).

Універсальні зварювальні генератори марки ГД-304 і ГД-502 випускають без двигунів для ручного зварювання, напівавтоматичного зва­рювання у вуглекислому газі та зварювання під флюсом.

Зварювальний агрегат – це апарат, призначений для зварювання постійним струмом джерелами живлення дуги.

Зварювальний агрегат (див. рис.6.) перетворює механічну енергію двигуна внутрішнього зго­ряння на електричну з необхідним для зварюван­ня діапазоном струмів і напруг.

Рис.6. Зварювальний агрегат АДБ-311:

1 – генератор; 2 – бак з паливом; 3 – регулятор швид­кості обертання; 4 – двигун

Зварювальні агрегати використовують у по­льових умовах та в разі значного коливання на­пруги електромережі.

Електромашинні джерела живлення, основ­ними вузлами яких є генератори постійного струму і привідні двигуни, класифікують:

•    за типом приводу – з бензиновим, дизель­ним або електричним двигуном;

•    за конструктивним виконанням генерато­ра – колекторні, вентильні й асинхронні;

•    за способом установлення – стаціонарні та пересувні.

5. Інверторні джерела живлення

Інвертор – це пристрій силової електроніки, який працює на високих струмах, високих частотах і напругах.

Рис.7. Інвертор

В інверторах (див. рис.7.) вхідна напруга пере­творюється двічі: зі змінного (220 В) на постій­ний струм і на високочастотну напругу зі змін­ним струмом і частотою 200 кГц. Перетворення частоти здійснюється імпульсним модулятором, основою якого є високочастотні перетворюва­чі — модулі (біполярний транзистор з ізольова­ним затвором або полярний транзистор на основі переходу метал-оксид-напівпровідник). Прой­шовши трансформатор, високочастотна змінна напруга знову випрямляється і подається на зварювальну дугу. Координування роботи всіх еле­ментів, контроль параметрів і зворотний зв’язок зі зварювальною дугою здійснюються цифрови­ми процесорами на програмованих мікросхемах.

Переваги інверторів:

- споживання електричної енергії майже вдві­чі менше, ніж у звичайних зварювальних транс­форматорів чи випрямлячів;

-  маса в 5-10 разів менша від маси інших джерел живлення;

-  стабільний постійний струм на виході, який не залежить від перепадів вхідної напруги;

 - вихідний струм плавно й точно регулюється;

-  дуже незначне розбризкування металу;

- не перевантажують мережу, світло не миготить;

- інвертори працюють у мережах з недостат­ньою напругою, не реагують на перепади напруги в мережі, можуть працювати від бензинового генератора. 

Сфера застосування зварювальних інверто­рів – усі види електродугового та плазмового зварювання і різання:

•   ручне дугове зварювання штучними елек­тродами (ММА – metal manual arc);

•   аргонодугове зварювання (TIG – tungsten inert gas) на змінному та постійному струмах;

•   напівавтоматичне зварювання (MIG/ MAG – metal inert/active gas);

•   плазмово-дугове різання (РАС – plasma arc cutting).

Питання для самоконтролю

1. Як класифікують джерела живлення?

2. Які види джерел постійного струму?

3. Які види джерел змінного струму?

4. Який принцип дії трансформатора?

5. Для чого призначений зварювальний випрямляч?

6. Що називають зварювальним генератором?

7. Які є види зварювальних генераторів?

8. Що називають зварювальним перетворювачем?

9. Яка будова зварювального перетворювача?

10. Що таке зварювальний апарат та де його використовують?

11. Що називають інвертором та які його переваги?