Федеральноеагентство по образованию
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ»
ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИСТИТУТ
Реферат
на тему: «Сварочныегенераторы: общие сведения»
Выполнил:
Ст.гр.10690
ЛавровскийМ.В.
Проверил:
Зав.каф. СП
ЗернинЕ.А.
Юрга 2009
Существуетмного способов и технологий сварки, объединенных одним общим принципом: в местесоединения детали расплавляют, что приводит к образованию шва. Для этогоприменяют 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 (сварочныеагрегаты);
7. сварочные полуавтоматы.
Сварочные генераторы дляручной дуговой сварки
Сварочные генераторы восновном применяются при ручной дуговой сварке штучными электродами. Какизвестно, по условиям статической устойчивости дуги в этом случае генератордолжен иметь крутопадающие внешние статические характеристики, т. е. напряжениена зажимах генератора должно резко уменьшаться при увеличении сварочного тока.
Это требованиеобъясняется тем, что ручная дуговая сварка наряду с относительно быстрымиизменениями 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. Приэтих медленных колебаниях длины дуги точка устойчивого горения дуги лежит навнешней статической характеристике сварочного генератора. Если этахарактеристика крутопадающая, то при изменениях длины дуги изменения токасварки будут относительно небольшими. С другой стороны, известно, чтостабильность горения дуги тем выше, чем меньше отклонения тока от заданногозначения при изменениях длины дуги. Поэтому для ручной дуговой сваркиприменяются сварочные генераторы с крутопадающими внешними статическимихарактеристиками. Следует, однако, отметить, что и здесь возможны случаи, когдаслишком большая крутизна внешней статической характеристики можетпрепятствовать нормальному проведению сварочного процесса. Так, например, присварке ответственных соединений в вертикальном и потолочном положениях с цельюуменьшения тепловложений в шов, сварщик иногда периодически удлиняет дугу длясоответствующего уменьшения сварочного тока. При этом необходимо, чтобы внешняяхарактеристика была более пологой, так как только в этом случае изменение длиныдуги приведет к ощутимому изменению сварочного тока и сварщик сможет периодическиуменьшать его. Однако во всех случаях ручной дуговой сварки установившийся токкороткого замыкания не должен чрезмерно превышать рабочийток. При больших значениях тока короткого замыкания возможны прожоги, осыпаниеобмазки и др.
Сварочные генераторы дляавтоматизированной сварки
Несколько другиетребования предъявляются к внешним статическим характеристикам сварочныхгенераторов, предназначенных для автоматизированной сварки на аппаратах,оснащенных автоматическими регуляторами режима сварки (автоматы, полуавтоматы).Саморегулирование дуги при этом способе сварки проявляется наиболее эффективнов том случае, когда сварочный генератор имеет более пологие или дажевозрастающие (жесткие) внешние статические характеристики.
Таким образом, дляавтоматизированных способов сварки с саморегулированием дуги требуется, чтобысварочный генератор имел семейство жестких внешних статических характеристик.
Из перечисленных видоввнешних статических характеристик сварочных генераторов наибольшую трудностьпредставляет получение семейства регулируемых крутопадающих внешних статическиххарактеристик. В отечественной и зарубежной практике применялось несколько схемколлекторных генераторов для этих целей;
· сварочныегенераторы поперечного поля;
· сварочныегенераторы с расщепленными полюсами;
· сварочныегенераторы с последовательной обмоткой возбуждения.
В СССР выпускалисьгенераторы всех указанных типов, однако в последние годы в связи с простотойконструкции и энергетическими преимуществами коллекторные сварочные генераторывыпускаются в СССР только по схеме с последовательной обмоткой возбуждения. Этигенераторы составляют основную долю парка эксплуатируемых машин. Поэтому в этомразделе рассматриваются только генераторы с последовательной обмоткойвозбуждения. Принципиальная схема генератора с последовательной обмоткойвозбуждения показана на рис. 1.
При холостом ходегенератора (сварочная цепь разомкнута) на его зажимах создается напряжениехолостого хода, равное по значению ЭДС, создаваемой в обмотке якоря ОЯ. Это напряжениепри прочих равных условиях зависит от магнитного потока, который создаетсяобмоткой возбуждения ОВН и, в свою очередь, определяется током возбуждения вэтой обмотке, изменяемым с помощью, регулировочного реостата R.
/>
Рис. 1 — Принципиальнаясхема коллекторного сварочного генератора для дуговой сварки
После зажигания дуги Дв цепи якоря Я генератора протекает сварочный ток, проходящий и через виткипоследовательной обмотки возбуждения ОВП, которая включена при работе накрутопадающих характеристиках таким образом, что создаваемый ею магнитный потокнаправлен против магнитного потока, создаваемого намагничивающей обмоткой ОВН.В результате этого с ростом сварочного тока суммарный поток в воздушном зазорегенератора уменьшается, уменьшается и ЭДС, наводимая в обмотке якоря, инапряжение на зажимах сварочного генератора. Получается крутопадающая внешняястатическая характеристика. Следует отметить, что в большинстве сварочныхгенераторов, особенно предназначенных для установки в сварочные агрегаты,обмотка независимого возбуждения питается не от постороннего источника, а от«третьей», добавочной, щетки, установленной между главными щетками, т. е.генераторы выполняются с самовозбуждением.
Примерный вид внешнихкрутопадающих статических характеристик генератора показан на Рис. 2.Характерными величинами для семейства внешних характеристик являются пределырегулирования сварочного тока. И соответствующие им пределы напряженияхолостого хода также соответствующие установившийся ток короткого замыкания икрутизна (наклон) внешних статических характеристик в рабочей зоне.Максимальное значение напряжения холостого хода ограничивается условиямибезопасности работы сварщика и в соответствии с ГОСТ 304-82 не должно превышать100 В. Минимальное значение напряжения холостого хода в некоторой степениопределяет стабильность горения дуги при сварке на минимальных токах и поэтомудля отечественных коллекторных генераторов не должно быть меньше 45-50 В.Соображения по выбору наклона внешней характеристики были приведены выше. Каквидно из рис. 2, генератор имеет два диапазона регулирования тока. В некоторыхслучаях их может быть и больше.
/>
Рис. 2
Необходимость разбиенияна диапазоны вызвана отмеченными выше ограничениями напряжения холостого хода.Регулирование тока за счет изменения тока возбуждения в обмотке ОВН возможнотолько начиная с максимального тока, соответствующего максимально допустимомузначению напряжения холостого хода, и должно быть, закончено при значенияхтока, соответствующих минимальным значениям напряжения холостого хода поусловиям стабильности процесса. Однако в этом случае обычно получаются слишкомузкие пределы регулирования тока и соответственно плохое использованиегенератора. Во избежание этого недостатка в схеме генераторов предусмотренавозможность подключения большего числа витков последовательной размагничивающейобмотки ОВП. При большем числе витков обмотки ОВП характеристики генераторабудут более крутыми, т.е. при тех же значениях напряжения холостого хода будутменьшие значения рабочего тока и другой диапазон регулирования тока (Рис. 2).Переключение витков обмотки ОВП обычно осуществляется подключением сварочногопровода к другому выводному зажиму.
Все сказанное выше отребованиях к внешним статическим характеристикам генераторов не можетопределить однозначно степень пригодности сварочного генератора для ручнойдуговой сварки. Дело в том, что в процессе сварки значения напряжения и токанепрерывно изменяются с большой скоростью.
/>
Рис. 3 — К определениюпоказателей качества переходных процессов сварочного генератора: а — холостойход-короткое замыкание-холостой ход; б — рабочий режим-короткое замыкание; в — рабочий режим-холостой ход
Эти изменения вызванымеханизмом первоначального возбуждения дуги и процессами переноса электродногометалла в сварочную ванну во время сварки. При зажигании дуги происходитзамыкание сварочной цепи электродом на изделие и последующий ее обрыв свозбуждением дуги. В процессе горения дуги расплавленный электродный металлпереносится в сварочную ванну каплями, которые периодически накоротко замыкаютдуговой промежуток. После каждого короткого замыкания дугового промежуткакаплей расплавленного металла происходит обрыв капли и последующее повторноевозбуждение дуги. Таким образом, во время сварки генератор работает в постоянноизменяющемся динамическом режиме. Поэтому стабильность возбуждения и горениядуги, а также качество переноса металла в большой степени определяются нетолько статическими свойствами генератора, о которых говорилось ранее, но и егодинамическими свойствами, т.е. качеством переходных процессов сварочногогенератора в условиях быстроизменяющихся возмущений по длине дуги. Динамическиесвойства генератора определяются совокупностью показателей качества егопереходных процессов, определяемых по осциллограммам. Переходные процессыобычно исследуются и рассчитываются не по реальной нагрузке — сварочной дуге, аопределяются нагрузкой генератора омическим сопротивлением или противо-ЭДС.Осциллограммы, позволяющие приближенно судить о динамических свойствахсварочного генератора, показаны на рис. 3 осциллограмма, в наибольшей степениблизка к процессу первоначального возбуждения дуги, б — к короткому замыканиюдугового промежутка каплей расплавленного металла (без повторного возбуждениядуги), в — к обрыву процесса сварки.
В реальном процессесварки обрыв короткого замыкания при первоначальном возбуждении дуги, как иобрыв капли, обычно происходит значительно раньше достижения током короткогозамыкания установившегося значения., однако для большей наглядности и простотыдальнейшего объяснения на рис.3 это не показано.
Большинство изприведенных на рис.3 показателей в определенной мере позволяет судить опригодности сварочного генератора к ручной дуговой сварке. Так, например,пиковое значение тока при коротком замыкании с холостого хода или егоотносительное значение. На этот процесс также влияет минимальное напряжениепосле обрыва установившегося короткого замыкания или его относительноезначение.
Осциллограммы би в на рис. 3 в большей степени характеризуют динамическиесвойства генератора в процессе переноса металла и повторного возбуждения дуги.Так, например, разбрызгивание металла при сварке в основном определяетсязначением сварочного тока в момент обрыва капли, показанной на осциллограмме б.Этот обрыв обычно происходит в коллекторных сварочных генераторах раньшевремени. Однако при прочих равных условиях в большой степени влияют надинамические свойства генератора. Как видно из приведенных на Рис.3осциллограмм, приближенно динамические свойства сварочного генератораоцениваются по экстремальным значениям тока и напряжения сварочного генераторапри мгновенном изменении длины дуги. При этом экстремальные значения токабольше установившихся, а экстремальные значения напряжения меньшеустановившегося. В грубом, приближении при выборе или расчете генератора дляручной дуговой сварки необходимо, чтобы экстремальные значения этих величинстремились к их установившимся значениям.
Большой интереспредставляет вопрос, как влияют отдельные конструктивные параметры сварочногогенератора и параметры внешней цепи на указанные показатели. Это влияниеописывается нелинейными дифференциальными уравнениями второго порядка, и точныйучет его возможен только с использованием ЭВМ.
Нетрудно убедиться, чтоотклонения тока и напряжения генератора во время переходных процессов отустановившихся значений будут равны нулю только в случае отсутствия магнитнойсвязи между цепью якоря и цепью возбуждения. Однако практически этонедостижимо, так как формирование крутопадающих внешних статическиххарактеристик осуществляется именно за счет магнитного взаимодействия этихцепей. Уменьшение этой магнитной связи в отечественных сварочных генераторахрассматриваемой конструкции в основном достигается путем разнесенияпоследовательной обмотки возбуждения и обмотки независимого возбуждения наразные полюсные сердечники.
Для практических целейтакже важно знать, что, пиковое значение тока короткого замыкания и минимальноезначение напряжения холостого хода обратно пропорциональны. Генератор, укоторого после обрыва короткого замыкания в первый момент времени минимальноенапряжение холостого хода имеет относительно небольшое значение, будет иметьбольшой динамический пик тока короткого замыкания. По этой причине величина Urmin согласно ГОСТ 304-82 является основной величиной, характеризующей качествопереходных процессов сварочного генератора. В соответствии с ГОСТ 304-82 она недолжна быть меньше 24 В в режиме минимального тока и 37 В в режиме номинальноготока.
Известно, что отвеличины Iк.р. зависит разбрызгивание металла при сварке. Чембольше эта величина при прочих равных условиях, тем больше разбрызгиваниеметалла при сварке. Исследованиями установлено, что, уменьшая эту величину, уотечественных коллекторных сварочных генераторов можно уменьшить разбрызгиваниеметалла в 2-3 раза.
/>
Рис. 4 — Зависимость относительногозначения динамического пика тока короткого замыкания генератора ГСО-300 А отизменения параметров цепей якоря и возбуждения в диапазоне малых токов (U = 43В; I = 225 А)
Зависимость перечисленныхпоказателей качества переходных процессов сварочных генераторов от основныхпараметров может быть иллюстрирована расчетными кривыми, показанными на Рис.4 и5 для отечественного сварочного генератора ГСО — 300А.
Из кривых на Рис. 4 и 5видно, что наибольшее положительное влияние на относительное значениединамического пика тока короткого замыкания, а соответственно и наотносительное значение минимального напряжения после обрыва короткого замыканияоказывает в данном случае увеличение индуктивности рассеяния обмоткинезависимого возбуждения, которое может быть осуществлено, например, включениемдополнительного дросселя в эту цепь.
Средняя скоростьнарастания сварочного тока в данном случае (при малой длительности) в большейстепени уменьшается от увеличения индуктивности рассеяния обмотки якоря,которое может быть осуществлено, например, включением дополнительного дросселяв сварочную цепь. Влияние омических сопротивлений цепей на рассматриваемыепоказатели в данном случае менее ощутимо, однако всегда их увеличение улучшаетдинамические свойства генератора. Качественно похожие зависимости имеют идругие типы генераторов рассматриваемой схемы, однако эффективность влиянияизменения параметров на показатели качества переходных процессов для каждогоконкретного типа может быть другой и зависит в каждом случае от соотношенияпараметров сварочного генератора и длительности переходных процессов. Чембольше длительность коротких замыканий (сварка электродами больших диаметров),тем большее влияние оказывают омические сопротивления цепей и меньшее — ихиндуктивные сопротивления.
/>
Рис. 5 — Зависимостьсредней скорости нарастания тока короткого замыкания генератора ГСО-300А отизменения 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 егопараметрами носит приближенный характер и может быть использована на практикелишь для ориентировочного выбора основных способов улучшения сварочных свойствгенераторов.
Более точный выбортаких способов требует детального исследования переходных процессов. Так,например, роль индуктивности рассеяния цепи якоря сварочного генератора неограничивается описанным выше влиянием на экстремальные значения тока инапряжения при ступенчатых возмущениях по длине дуги. Индуктивность цепи якорягенератора благоприятно влияет на процесс сварки также и в связи с наведением вней ЭДС самоиндукции при возникновении скоростных возмущений по длине дуги.Более подробный анализ этого влияния можно найти в литературе по сварке.
Принципы построения угенераторов жестких внешних статических характеристик для автоматизированнойсварки значительно проще, чем крутопадающих характеристик. Это объясняется тем,что любой коллекторный генератор общего применения имеет пологопадающую внешнююстатическую характеристику. Наклон этой характеристики, как известно,обусловливается в основном падением напряжения в элементах омическогосопротивления цепи якоря и падением напряжения, связанным с размагничивающимдействием поперечной и продольной реакции якоря. Для компенсации этих паденийнапряжения с целью получения более жестких характеристик сварочные генераторыимеют 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 такжеосуществляется изменением тока возбуждения реостатом в цепи возбуждения. Некоторыегенераторы с жесткими характеристиками выполняются с самовозбуждением.
Заключение
Сварочныегенераторы — это сложные электромеханические устройства, которые представляютсобой объединенные на общей базе двигатель внутреннего сгорания с необходимымисистемами обеспечения его работы. А также мощный генератор со своимиэлектронными системами и приборами контроля. Суть его работы проста.Механическая энергия вращения коленчатого вала двигателя преобразуетсягенератором в постоянный электрический ток с показателями, поддерживающимиустойчивое горение сварочной дуги. Сварочные генераторы еще называют сварочнымиагрегатами. В результате последующей стабилизации, регулировки постоянногоэлектрического тока и подачи его по проводам к металлическим деталям происходитих нагрев и соединение. У сварочных агрегатов есть уникальная, присущая толькоим особенность. Благодаря тому что электричество вырабатывает сам генератор,этот аппарат можно использовать в тех местах, куда электричество еще непроведено. Самый главный его недостаток — чрезвычайная громоздкость, большойвес и трудности в обслуживании. Из-за этого спрос на сварочные генераторы,применяемые в быту, невысок, и используют их весьма ограниченно.
Списоклитературы
1. academout.ru/
2. www.welding.su/
3. www.mgprom.ru/