ДОПОГ. Специализированный курс по перевозке в цистернах

Классификация источников питания сварочной дуги и требования к ним.

Источники питания сварочной дуги, выпускаемые нашей промышленностью, классифицируют по следующим признакам :

• роду тока:
• источники переменного (сварочные трансформаторы);
• постоянного тока (преобразователи, агрегаты и выпрямители);

Внешней характеристике:

• источники с крутоподающими вольт-амперными характеристиками;
• источники с жесткими вольт-амперными характеристиками;
• источники с возрастающими вольт-амперными характеристиками;
• источники со смешанными вольт-амперными характеристиками;

Количеству одновременно питаемых постов:

• источники однопостовые;
• источники многопостовые;

Характеру привода:

• источники с электрическим приводом;
• источники с независимым приводом (от двигателя внутреннего сгорания);

Особенности горения дуги:

• источники для сварки свободно горящей дугой,
• источники для сварки сжатой горящей дугой;

Способу установки и монтажа:

•  стационарные,
• передвижные;

Принципу действия и конструктивному оформлению:

• сварочные трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием (с отдельной реактивной катушкой и на общем сердечнике),
• сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием (с подвижным магнитным шунтом и подвижными обмотками);
• сварочные выпрямители с кремниевыми или селеновыми вентилями;
• преобразователи с независимой намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками,
• преобразователи с расщепленными полюсами;
• агрегаты — генераторы с двигателями внутреннего сгорания (бензиновые карбюраторного типа и дизельные);

Назначению:

• источники питания для ручной дуговой сварки,
• источники питания для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом,
• источники питания для сварки в защитных газах,
• источники питания для плазменной резки и сварки,
• источники питания для электрошлаковой сварки,
• источники питания током специального назначения (для трехфазной сварки, многодуговая).

 

Общие требования к источникам питания сварочной дуги

 

Источники питания сварочной дуги должны:

 

• обеспечивать легкое зажигание и стабильное горение сварочной дуги в период сварки;

 

• обеспечивать необходимые для выполняемого технологического процесса сварки силу сварочного тока и напряжение на дуге;

 

• иметь необходимый вид внешней вольт-амперной характеристики;

 

• иметь динамические свойства – способность восстанавливать напряжение на дуге после момента короткого замыкания (в этот момент напряжение равно нулю);

 

• иметь устройства для регулирования силы сварочного тока.

Для обеспечения нормального зажигания и стабильного горения сварочной дуги напряжение холостого хода (сварочная цепь разомкнута) должно быть в 2-3 раза больше напряжения на дуге, что способствует ее легкому возбуждению. Обычно напряжение на дуге равно 18-35 В. Одновременно с этим напряжение на зажимах источника при нормальных условиях работы электросварщика должно быть для него безопасным, обычно это напряжение равно 50-80 В. Динамические свойства источника питания, т. е. время восстановления напряжения должно быть не более 0,05 с. Наличие регулирующего устройства в трансформаторе не всегда позволяет плавно регулировать силу сварочного тока. Поэтому в ряде случаев последовательно в сварочную цепь включают балластные реостаты. Балластные реостаты дают возможность плавно регулировать силу сварочного тока и улучшают вольт-амперную характеристику источника питания для ручной дуговой сварки.

Характеристика источников питания для ручной сварки.

Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную сварочную внешнюю характеристику. Внешней характеристикой источника питания называется зависимость между напряжением на его выходных клеммах и током в сварочной цепи. Внешние характеристики (рис. 1) могут быть следующих основных видов: крутопадающая 1, пологопадающая 2, жесткая 3, возрастающая 4.

Рис. 1. Основные типы внешних характеристик источников питания для дуговой сварки: 1 – крутопадающая, 2 – пологопадающая, 3 – жесткая, 4 – возрастающая

Источник тока с соответствующей внешней характеристикой выбирают в зависимости от вольт-амперной характеристики дуги (рис. 2).

Участки 1 и 2 ВАХ (рис. 2) соответствуют режимам сварки, применяемым при ручной сварке плавящимся покрытым электродом, а также неплавящимся электродом в среде защитных газов. Механизированная сварка под флюсом соответствует 2 области (рис. 2) и частично захватывает 3 область (рис. 2) при использовании тонких электродных проволок и повышенной плотности тока, сварка плавящимся электродом в защитных газах соответствует 3 области ВАХ (рис. 2). Для питания дуги с падающей или жесткой ВАХ применяют источники питания с падающей или пологопадающей внешней характеристикой.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика дуги

Для питания дуги с возрастающей ВАХ применяют источники тока с жесткой или возрастающей внешней характеристикой. Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источник постоянного тока – сварочные генераторы с приводом от электродвигателя (сварочные преобразователи), сварочные генераторы с приводом от двигателя внутреннего сгорания (сварочные агрегаты) и полупроводниковые сварочные выпрямители.

Сварочные трансформаторы благодаря своим технико-экономическим показателям имеют преимущества по сравнению с источниками постоянного тока. Они проще в эксплуатации, долговечнее, обладают более высоким к.п.д.

Источники постоянного тока предпочтительнее в технологическом отношении: при их применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях и др.

Основные технические показатели источников питания сварочной дуги: внешняя характеристика, напряжение холостого хода, относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме.

Величина ПР определяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах: ПР = (tр / tц) 100, где tр – непрерывная работа под нагрузкой (сварка); tц – длительность полного цикла (сварка + пауза). Оптимальная величина ПР принята 60 %. Различие между ПР и ПВ состоит в том, что в первом случае источники питания во время паузы не отключаются от сети и при разомкнутой сварочной цепи работают на холостом ходу, а во втором случае источники полностью отключаются от сети, что имеет место при механизированной сварке.

Сварочные трансформаторы

Для плавки металла необходимо настроить в нужных значениях параметры потребляемого сетевого тока. В сварочном оборудовании изменяются основные его значения: понижается напряжение и возрастает сила тока. Сварка металлических заготовок была бы невозможна без основных комплектующих, которые входят в состав даже самого простого сварочного трансформатора:

• первичная обмотка (выполняется из изолированного провода);
• вторичная обмотка (очень часто для лучшей теплоотдачи выполняется неизолированной);
• магнитопровод;
• вертикальный винт крепления;
• крепление к обмотке и гайка винта;
• зажимы для фиксации проводов;
• рукоятку зажима винта;
• металлический корпус.

Помимо основного в сварочных трансформаторах используется дополнительное оборудование, улучшающее их работу и расширяющие функционал.

Для любого сварочного аппарата необходим магнитопровод. Он никак не влияет на параметры тока, но без сердечника невозможно образовать магнитное поле. Он состоит из набора металлических пластин своеобразной формы. Поверхность пластин покрыта оксидом, а в некоторых случаях защищена лаком. Изоляция необходима по техническим соображениям. Если бы сердечники делались из металла и не изолировались, то из-за действий магнитного поля генерировались бы токи Фуко. Они снижают индукцию поля.

Для снижения шумов, которые генерируются при работе трансформатора, важно максимально туго стянуть пластины. При ослаблении соединения усиливается вибрация, причиной возникновения которой является проходящий ток. Следует учесть, что избавиться от шума полностью не удастся. И его наличие в умеренной степени даже в новом оборудовании является нормой.

Алгоритм работы оборудования включает несколько основных этапов:

1. Из сети энергоснабжения ток подается на первичную обмотку. В результате этого генерируется магнитный поток, замыкающийся на сердечнике устройства;
2. Далее напряжение поступает на вторичную обмотку.
3. Изготовленный из ферромагнитных материалов сердечник, на котором располагаются обе обмотки – первичная и вторичная, генерирует магнитное поле.
4. По количеству витков катушки, точнее их разницы, изменяются напряжение и сила тока. По данным параметрам и рассчитывается трансформатор.

Есть прямая зависимость между количеством витков вторичной обмотки и выходным напряжением. Если нужно повысить напряжение на выходе, то следует прибавить количество витков вторичной катушки, и наоборот. Сварочный трансформатор является понижающим устройством. По этой причине количество витков на вторичной обмотке у него меньше, чем на первичной.

Помимо этого, устройство и узлы сварочного аппарата позволяют регулировать и силу тока. Для этого необходимо изменять расстояние между вторичной и первичной обмотками. Здесь наблюдается обратная зависимость: чем меньше расстояние, тем сильнее сила тока, и наоборот – чем больше расстояние, тем меньше значение. Данные регулировки дают возможность сварщику работать с материалами, которые отличаются и по составу, и по толщине.

Любые представленные на потребительском рынке сварки оснащены двумя режимами работы: под нагрузкой и холостой. Во время сварочного процесса между изделием и электродом замыкается вторичная обмотка. Образуется ток большой мощности, которой хватает для того, чтобы плавить металл. По окончании работ вторичная цепь размыкается. Дается старт работе оборудования в режиме холостого хода.

В первично катушке генерируемые электрическим током силы имеют двойное происхождение. Первые из них образуются магнитным потоком, а другие – рассеиванием. Электродвижущие силы создаются в магнитопроводе, и между витками обмоток замыкаются по воздуху (между пластинами есть изоляция). Они формируют величину холостого хода.

Важно, чтобы сила тока холостого тока не представляла угрозы здоровью и жизни сварщика. Она ограничена величиной 48V. И только некоторые модели имеют этот показатель 60-70В. В случаях, когда электродвижущие силы, которые образуются от потока рассеивания, имеют большее значение, то дополнительно устанавливается автоматический ограничитель. Его нормативное срабатывание составляет меньше 1 секунды после окончания сварочного процесса. Корпус варочного аппарата всегда необходимо заземлять. В случае нарушения изоляции первичной обмотки напряжение пойдет путем наименьшего сопротивления и уйдет в землю, миную человеческий организм.

Сварочный трансформатор: схемы и модификации

Как уже упоминалось, помимо стандартного набора узлов сварочный аппарат может содержать и дополнительные компоненты, призванные улучшить его функционал и качество работы. Схемы дополняются:

• конденсаторами;
• тиристорными фазорегуляторами;
• дополнительными вторичными обмотками;
• импульсными стабилизаторами.

Помимо этого, нередко схема оборудования комплектуется дополнительным сопротивлением. Оно позволяет продолжить регулировку силы тока в тех случаях, когда разведение обмоток не может принести нужного результата. Это характерно для очень мощных моделей оборудования или в случаях работы с особо тонкими заготовками. Дополнительное сопротивление может представлять собой отдельный блок, оснащенный коннекторами для подключения к цепи или обычной пружиной, изготовленной из высокоуглеродистой стали. В любом случае через сопротивление следует пропустить ток, который идет от вторичной обмотки.

Классификация сварочных трансформаторов

Классифицировать сварочные трансформаторы принято по их назначению. Они отличаются по таким показателям:

• Габаритами и весом. На рынке представлены как небольшие модели, которые комплектуются наплечным ремнем для переноски; так и большие агрегаты, для перемещения которых потребуется тельфер или тележка.
• Напряжение холостого хода. Оно варьируется в широком диапазоне значений: от 48 до 70V.
• Сила тока. На большинстве серийного оборудования данный параметр колеблется в диапазоне от 50 до 400А. Встречаются крупные промышленные образцы, генерирующих ток силой в 1000А.
• Количество фаз и потребляемый ток. Одно и трехфазные сварочные трансформаторы под линии энергоснабжения 220 и 380В.
• Подача тока. Может быть непрерывной или импульсной.
• Используемые в работе электроды. Расходники различаются по составу и диаметру (2-6 мм).

Способы регулирования сварочного тока

Регулировка рабочего тока сварочного аппарата имеет первостепенное значение для удобства пользования и качества получаемого шва. Это объясняется возможностью подбирать тип используемого электрода и его толщину применительно к каждому конкретному случаю. Конструкционно вариация режима функционирования может осуществляться достаточно просто (механически) или гораздо более сложно (тиристорное или симисторное электронное управление). В последнем случае ремонт сварочного оборудования при выходе его из строя представляет собой непростую задачу и может быть выполнен лишь в условиях спецмастерской.

 

Для коррекции тока служат следующие способы:

• механическое переключение между отводами обмоток первичной и/или вторичной цепи (изменение количества рабочих витков);
• дополнительное их шунтирование подключаемой последовательно активной или реактивной нагрузкой;
• искажение (за счет сдвига-разноса в пространстве обмоток относительно друг друга ) связующего магнитного потока или внесения в него вспомогательного шунтирующего дросселя;
• регулирование параметров цепи с помощью блока электронного управления, включая использование широтно-импульсной модуляции.

Первый способ, фактически заключающийся в манипуляции вторичным напряжением холостого хода, не позволяет варьировать ток в широких пределах, так как даже для двух- или трёхкратного изменения требуется коммутировать дополнительные секции не только силовой, но и первичной обмотки. А это чревато усложнением конструкции, излишним расходом проводов, увеличением массы аппарата и его габаритов.

Во втором случае в цепь включаются магазины мощных (и, к сожалению, громоздких) балластных реостатов сопротивлением в десятые и сотые доли ома. Улучшая характеристики силового трансформатора и параметры дуги, они в то же время рассеивают на себе полезную мощность, снижая общий КПД сварочного аппарата. Несколько лучше третий метод: он, в отличие от предыдущих, позволяет регулировать ток плавно, а не скачками. Применяется в трансформаторах типов ТС, ТСК или ТД.

Обслуживание сварочных трансформаторов

Длительная и безотказная работа трансформаторов обеспечивается соблюдением правил эксплуатации, проведением ежедневных и периодических осмотров, своевременным устранением мелких неисправностей. Эксплуатация и обслуживание сварочных трансформаторов должны проводиться в соответствии с «ПТЭ электроустановок потребителей и ПТБ при эксплуатации электроустановок потребителей».

Основные правила эксплуатации.

1) Включать трансформатор без заземления недопустимо.
2) Перед подключением трансформатора к электрической сети:
— Проверить состояние электрических проводов и кабелей, всех контактов. Все контакты должны быть плотно затянуты под. гаечный ключ. Невыполнение этого требования приводит к перегреву и обгоранию контактов клемм и последующему выводу трансформатора из строя.
— Поставить переключатель диапазонов токов на требуемый диапазон. Рукоятку переключателя переводить из одного крайнего положения в другое обязательно до упора.
— Проверить соответствие напряжения сети напряжению, указанному на табличке трансформатора.
3) Подключить трансформатор к сети при помощи индивидуального коммутирующего устройства:

а) рубильника с предохранителями;
б) магнитного пускателя с защитой;
в) автоматического выключателя.
4) При работе на открытом воздухе укрывать трансформатор от атмосферных осадков.

Основные правила обслуживания:

А. При ежедневном обслуживании:
1) перед началом работы произвести внешний осмотр трансформатора для выявления случайных повреждений и устранить замеченные неисправности;
2) проверить надежность заземления трансформатора.

Б. При периодическом обслуживании:
1) один раз в месяц счищать трансформатор от пыли и грязи продувкой сжатым воздухом;
2) один раз в три месяца проверять состояние конденсаторов фильтра защиты от радиопомех и проверять сопротивление изоляции трансформатора;
3) один раз в полгода:
а) очищать контакты и изоляционные части переключателя диапазонов тока и смазывать его тугоплавкой смазкой;
б) этой же смазкой смазывать ходовой винт и гайку, поверхность магнитопровода в местах скольжения плоских пружин подвижных обмоток или шунтов, оси колес.