Сварочные выпрямители применяют для ручной дуговой сварки и для сварки неплавящимся электрдом в защитных газах. Сварочный выпрямитель в этом случае состоит из понижающего трансформатора и выпрямительного блока. К этой группе относятся выпрямители ВСС-300-3, ВСС-120-4, В КС 500 и др.

Технические характеристики выпрямителей с крутопадающими внешними характеристиками

Сварочный выпрямитель ВСС-300 (рис. 1) представляет собой однопостовую сварочную установку, состоящую из понижающего трансформатора, блока селеновых шайб, пускорегулирующей аппаратуры, смонтированной в общем кожухе, и вентилятора для охлаждения трансформатора. Трехфазный понижающий трансформатор выполнен с увеличенным магнитным рассеянием, что обеспечивает создание семейства падающих внешних характеристик. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками понижающего трехфазного трансформатора.

Чтобы уменьшить ход подвижных обмоток, требуемые пределы регулирования величины сварочного тока стараются получить одновременным переключением первичной и вторичной обмоток с «треугольника» на «звезду» (рис. 2). Выпрямительный блок выполнен по трехфазной мостовой схеме и состоит из трех соединенных параллельно селеновых столбов с пластинами размером 100X400 мм.

Электрическая схема обеспечивает выключение выпрямителя от чрезмерного перегрева. Выпрямитель снабжен фильтрами для подавления радиопомех. 

Сварочные выпрямители с жесткими внешними характеристиками применяются для сварки плавящимся электродом в углекислом газе и других защитных газах, а также могут применяться для сварки под флюсом при постоянной скорости подачи электродной проволоки. Их также можно использовать для сварки порошковой проволокой СП-2.

Технические характеристики сварочных выпрямителей с жесткими внешними характеристиками

Универсальные сварочные выпрямители. Выпрямители типа ВСУ, ВДУ обеспечивают возможность получения как жестких, так и падающих внешних характеристик, поэтому их можно применять для ручной дуговой сварки, автоматической   сварки плавящимся и неплавящимся электродами в защитных газах и для сварки под флюсом.

Технические характеристики универсальных сварочных выпрямителей

Универсальный выпрямитель состоит из понижающего трансформатора, дросселя насыщения с обмотками обратной связи выпрямительного блока.

Выпрямители типа ВСУ, СДУ обеспечивают получение жестких внешних характеристик с повышенным напряжением холостого хода до 68 В, что значительно облегчает зажигание сварочной дуги и обеспечивает стабильное ее горение. 

Выпрямители выпускаются на кремниевых вентилях, которые обеспечивают хорошее конструктивное решение выпрямительного блока и получение высокого коэффициента полезного действия.

Промышленностью выпускаются мпогопостовые сварочные выпрямители ВКСМ-1000 на 1000 А, рассчитанные на одновременное питание шести сварочных постов с номинальным током по 300 А каждый. Внешняя xарактеристика выпрямителя ВКСМ-1000 жесткая. Для создания падающей характеристики применяют балластные реостаты типа  РБ. Выпрямитель состоит из следующих основных узлов: силового понижающего трансформатора ТС, выпрямительного блока с вентилятором, пускорегулирующей и защитной аппаратуры.

Трансформатор ТС — трехфазный, стержневого типа. Обмотки выполнены из алюминиевых проводов. Первичная обмотка трансформатора соединена «треугольником», а вторичная, состоящая из двух трехфазных обмоток,— «звездой». Выпрямительный блок собран по шестиконтактной кольцевой схеме из кремниевых вентилей типа ВК-2-200.

Пускорегулирующая и защитная аппаратура состоит из автомата АВ, реле контроля вентиляции РКВ. Автомат АВ служит для защиты всей установки от коротких замыканий и отключения ее в случае пробоя одного из вентилей. РКВ прекращает работу без вентиляции и при неправильном направлении вращения вентилятора.

На панели управления установлены: магнитный пускатель трансформатора ПТ с тепловой зашитой РТ, пакетный переключатель ПП, магнитный пускатель двигателя вентилятора ПД с тепловой защитой РН и предохранителя ПР1 — ПР3.

В блоке управления установлены: амперметр А, вольтметр V, кнопки «пуск» КП и «стоп» КС, лампа сигнальная ЛС. На базе защиты установлены защитные цепочки из конденсаторов С1— С6 и сопротивлений Р1-Р6.

Выпускается также сварочный выпрямитель ВДМ-3001, состоящий из двух спаренных, работающих параллельно, сварочных выпрямителей ВДМ-1601 на 1600 А каждый. Такое соединение улучшает унификацию и создает удобства при эксплуатации.

Падающая внешняя характеристика сварочного поста создается балластными реостатами типа РБ. Выпрямитель ВДМ-1601 рассчитан на питание 9 постов током до 300 А, а  ВДМ-3001—18 сварочных постов.

Основные технические данные многопостовых сварочных выпрямителей приведены в таблице. Мпогопостовые сварочные выпрямители, обладая многими преимуществами (бесшумность работы, высокие энергетические показатели, меньшая масса, небольшие габариты, высокий к. п. д. и др.), вытесняют преобразователи ПСМ-1000.

Технические характеристики многопостовых выпрямителей 

Сварочный генератор Г (рис. 1, а) имеет две обмотки возбуждения: обмотку независимого возбуждения НО, питаемую от отдельного источника через сеть переменного тока и полупроводниковый выпрямитель, и последовательную размагничивающую обмотку РО, включенную последовательно с обмоткой якоря. Ток в цепи независимого возбуждения регулируется реостатом Р. Магнитный ток Фн, создаваемый обмоткой независимого возбуждения, противоположен по своему направлению магнитному потоку Фр размагничивающей обмотки. При холостом ходе, т. е. когда сварочная цепь разомкнута, э. д. с. генератора определяется по формуле

Е = С ּ Фн,

где Е — э. д. с. (электродвижущая сила); С—постоянная составляющая генератора; Фн — магнитный поток обмотки независимого возбуждения.

При замкнутой цепи сварочный ток проходит через последовательную обмотку РО, создавая магнитный поток Фр, противоположно направленный магнитному потоку Фн. Результирующий поток Фрез представляет разность потоков:

Фрез = Фн— Фр.

С увеличением тока в сварочной цепи Фр будет увеличиваться, а Фрез, э. д. с. и напряжение на зажимах генератора —падать, создавая падающую внешнюю характеристику генератора.

Сварочный ток в генераторах этой системы регулируется реостатами Р и секционированием последовательной обмотки, т. е. изменением числа ампер-витков.

Отечественной промышленностью выпущены сварочные преобразователи ПСО-120, ПСО-500, ПСО-315М, ГД-502, укомплектованные генераторами с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой ГСО-120, ГСО-500, ГСО-800 и ГС-1000-ll. Основные технические данные преобразователей с генераторами, работающими по данной схеме, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Технические характеристики преобразователей ПСО-120, ГД-502, ПСО-500, ПСО-315М

Для   получения  жесткой   внешней   характеристики последовательные размагничивающие обмотки переключаются так, чтобы они действовали согласованно с обмоткой независимого возбуждения. По такой схеме работают сварочные преобразователи  ПСГ-350,  ПСГ-500, с генераторами ГСГ-350 и ГСГ-500 соответственно. Основные технические данные преобразователей с генераторами, работающими по данной схеме, приведены в табл. 2.

Таблица 2. Технические характеристики преобразователей ПСГ-350, ПСГ-500 

Отличительной особенностью сварочных генераторов с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками возбуждения (рис. 1, б) является использование принципа самовозбуждения. Для этого имеются две обмотки возбуждения (НО и РО) — в результате э. д. с. генератора индуктируется магнитным потоком обмотки, присоединенной к щеткам генератора а и с. Напряжение между этими щетками почти постоянно по величине, поэтому магнитный поток Фн практически не меняется. Обмотка генератора НО называется обмоткой независимого возбуждения.

При сварке сварочный ток проходит через обмотку РО, включенную так, что ее магнитный поток Фр направлен против магнитного потока Фн обмотки независимого возбуждения. При увеличении тока в сварочной цепи возрастает размагничивающее действие последовательной обмотки РО, а напряжение генератора становится меньше, так как э. д. с, индуктируемая в обмотке якоря генератора, зависит от результирующего магнитного потока генератора.

При коротком замыкании магнитные потоки Фр и Фн равны, напряжение на зажимах сварочного генератора близко к нулю.

Падающая внешняя характеристика получается вследствие размагничивающего действия обмотки РО.

Плавное регулирование сварочного тока в генераторах этой системы осуществляется реостатами Р. Возможно также добавочное регулирование сварочного тока переключением витков сериесной обмотки возбуждения.

Схема допускает четырехполюсное исполнение генераторов, что позволяет упростить конструкцию и соответственно уменьшить массу.

По данной схеме работают наиболее распространенные преобразователи ПСО-300, ПСО-500, ПС-500 с генераторами ГСО-300, ГСО-500, ГС-500 и некоторые дргуие сварочные агрегаты. Основные технические данные преобразователей с генераторами, работающими по этой схеме, даны в таблице.

Технические характеристики преобразователей ПСО-300, ПСО-500, ПС-500-11 

У сварочных генераторов  с расщепленными полюсами падающие внешние характеристики получаются в результате размагничивающего действия магнитного потока обмотки якоря (реакции якоря). Генератор Г имеет четыре основных магнитных полюса N1, N2, S1, S2, и три группы щеток а, b, с на коллекторе. В отличие от рассмотренных генераторов, у которых северные и южные магнитные полосы чередуются между собой, у генераторов этой группы одноименные полюсы расположены рядом.

Каждую пару одноименных полюсов считаем одним, но расщепленным на два. Сварочные генераторы с расщепленными полюсами фактически являются двухполюсными. Вертикально расположенные полюсы называются поперечными, а горизонтальные — главными. Главные полюсы имеют вырезы для уменьшения площади поперечного сечения и всегда работают при полном магнитном насыщении, т. е. магнитный поток, создаваемый этими полюсами, при всех нагрузках остается неизменным. Магнитный поток полюсов, создаваемый обмотками НГ и НП, условно можно разделить на два потока Фг и Фп , замыкающиеся через определенные пары полюсов. Один магнитный поток имеет направление от северного полюса N1 к южному S1 и второй—от северного полюса N2 к южному S2. Э. д. с. якоря зависит от интенсивности магнитных потоков Фп и Фг. Чем интенсивнее магнитный поток, пересекаемый проводниками якоря, тем больше э. д. с.

При возбуждении электрической дуги через обмотку якоря проходит ток, который создает магнитный поток обмотки якоря (показан штриховыми линиями). Этот магнитный поток зависит от тока: чем меньше величина тока в обмотке якоря, тем меньше магнитный поток якоря. Магнитный поток якоря, который совпадает по направлению с магнитным потоком N2, S2 главных полюсов (направления магнитных потоков полюсов показаны стрелками), увеличивает его; направленный же в противоположную сторону магнитный поток уменьшает его.

Главные полюсы всегда работают при полном магнитном насыщении. Следовательно, магнитный поток якоря практически не может увеличить магнитный поток Фг, он может только уменьшить магнитный поток поперечных полюсов Фп. В момент короткого замыкания в сварочной цепи магнитный поток якоря имеет наибольшую величину и уменьшает результирующий магнитный поток до нуля, следовательно, э. д. с. генератора также равна нулю.

При отсутствии нагрузки в сварочной цепи (при холостом ходе) в обмотке якоря тока нет, магнитный, поток якоря также отсутствует, поэтому поток Фп и, следовательно, результирующий магнитный поток имеют наибольшую величину, а генератор — наибольшее напряжение. Таким образом, вследствие размагничивающего действия магнитного потока обмотки якоря (реакции якоря) создается падающая внешняя характеристика.

По данной схеме (с расщепленными полюсами) в промышленности нашли применение преобразователи ПС-ЗООМ, ПС-300М-1, ПС-300Т с генераторами СГ-300М, СГ-ЗООМ-1, СГ-300Т и некоторые другие сварочные агрегаты. Основные технические данные преобразователей с генераторами, работающими по этой схеме, даны в таблице.

Технические характеристики преобразователей ПС-ЗООМ, ПС-300М-1, ПС-300Т

Для ручной дуговой сварки и сварки на автоматах, снабженных авторегуляторами напряжения,  автоматически  воздействующими на скорость подачи электродной проволоки, требуются источники питания с падающими внешними характеристиками. Для питания автоматов и полуавтоматов с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, в том числе для сварки в углекислом газе и порошковой проволокой CП-2, необходимы генераторы с жесткими внешними характеристиками. Поскольку на заводах и монтажных площадках механизированные методы сварки используются в сочетании с ручной дуговой сваркой, поэтому требуются универсальные источники, обеспечивающие как падающие, так и жесткие внешние характеристики. Для этой цели разработана конструкция универсального сварочного преобразователя ПСУ-300, генератор которого имеет одну обмотку возбуждения. Внешние характеристики в этом генераторе создаются с помощью триода ПТ, включенного в цепь обмотки возбуждения ОВ, и обратной связи по току нагрузки. Он является четырехполюсным генератором постоянного тока нормального исполнения. Его обмотка возбуждения ОВ размещена на четырех главных полюсах и питается от устройства управления, размещенного на корпусе преобразователя.

Сварочная цепь и цепь обмотки возбуждения связаны между собой стабилизирующим трансформатором Тр, предназначенным для обеспечения динамических свойств генератора.

Величину сварочного тока регулируют реостатом — регулятором ДП, установленным на передней стенке управления. По мере роста сварочного тока сопротивление триода возрастает, ток возбуждения уменьшается, уменьшается и э. д. с. генератора, т. е. характеристика получается падающей. При переключении цепей управления внешняя характеристика становится жесткой.

Основные технические данные универсальных преобразователей 

Многопостовые сварочные преобразователи предназначены для одновременного питания нескольких сварочных постов. В  промышленности используются многопостовые преобразователи ПСМ-1000, ПСМ-500. Преобразователь ПСМ-1000 имеет однокорпусное исполнение стационарного типа  (рис. 1) и состоит из трехфазного асинхронного двигателя АВ-91-4 с короткозамкнутым ротором и шестиполюсного генератора СГ-1000 со смешанным возбуждением. Кроме шунтовой обмотки, на главных полюсах размещена последовательная обмотка для поддержания постоянного напряжения при увеличении нагрузки. Генератор имеет жесткую характеристику. Напряжение регулируется реостатом, включенным в цепь параллельной обмотки возбуждения.

Падающая внешняя характеристика, необходимая для ручной дуговой сварки, создается самостоятельно на каждом сварочном посту балластным реостатом типа РБ (этот реостат позволяет ступенчато изменять величину сварочного тока). Схема включения преобразователя ПСМ-1000 и балластных реостатов показана на рис. 2.

Основным недостатком многопостовых преобразователей является низкий к. п. д. сварочных постов. К преимуществам многопостовых преобразователей относятся: простота обслуживания, низкая стоимость оборудования, небольшая площадь для размещения оборудования и высокая надежность в эксплуатации.

Рис. 1. Габаритные размеры многопостового сварочного преобразователя ПСМ-1000

Рис. 2. Схема присоединения сварочных постов через балластные реостаты к сварочному преобразователю ПСМ-1000: А — амперметр, V — вольтметр, Ш — шунт, РР — реостат регулировочный, РБ — реостат балластный

Балластный реостат служит для ступенчатого регулирования величины сварочного тока. Он состоит из нескольких элементов сопротивления, изготовленных из константановой проволоки с высоким омическим сопротивлением и включенных в сварочную цепь с помощью рубильников.

Схема наиболее распространенного балластного реостата РБ-300 показана рисунке. Балластным реостатом РБ-300 сварочный ток регулируется в пределах от 15 до 300 А.

Если для сварки требуется величина тока более 300 А, то следует включать параллельно два балластных реостата. При параллельном соединении двух реостатов сила тока увеличивается в 2 раза, т. е. для двух реостатов РБ-300 максимальный ток будет 600 А. 

При работе в полевых и монтажных условиях для питания сварочных постов используют сварочные агрегаты состоящие из двух основных агрегатов (независимо от их типа), сварочного генератора и двигателя внутреннего сгорания (дизельного или бензинового). Широкое распространение получили сварочные агрегаты АСБ, АДБ с бензиновыми двигателями и АСД, АДД с дизельными двигателями.

Сварочный агрегат АСБ-300.  используется при ручной дуговой сварке постоянным током. Он состоит из двигателя внутреннего сгорания ГАЗ-МК (возможна комплек­тация и другим двигателем) и сварочного генератора ГСО-300, соединенных между собой эластичной муфтой. Двигатель и генератор смонтированы на металлической сварной раме, которая устанавливается на прицепе или в кузове автомашины Агрегат по конструкции может быть передвижной и стационарной установкой. Во время работы агрегат устанавливают в горизонтальное положение, боковые шторы снимают, а корпус генератора заземляют.

Сварочные агрегаты наиболее часто комплектуются генераторами с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой и с расщепленными полюсами. Характеристики некоторых типов агрегатов с генераторами, выполненными по указанным схемам, приведены в таблице.

ВНИИЭСО разработал новый сварочный агрегат типа АДД-304, предназначенный для ручной дуговой сварки, резки и наплавки металлов. Агрегат снабжен дистанционным регулятором сварочного тока, позволяющим регулировать ток на расстоянии до 20 м от источника питания.

Нижний предел регулирования сварочного тока 15 А, благодаря чему можно выполнять сварку тонколистового металла. С помощью пускового подогревателя обеспечивается легкий запуск дизеля при низкой температуре (—50°С).

Сварочные генераторы включают на параллельную работу когда требуется сварочный ток, превышающий номинальный ток одного генератора. Для параллельной работы сварочных генераторов соединяют их одноименные полюса, т.е. плюс с плюсом, а минус с минусом.

При включении генераторов на параллельную работу необходимо соблюдение следующих правил: генераторы должны быть одинаковых систем, с одинаковыми номинальными данными, с аналогичными внешними характеристиками; напряжение холостого хода должно быть одинаковым; сварочный ток должен быть отрегулирован на одну и ту же величину контроль осуществляется с помощью амперметров. Схема включения сварочных генераторов различных систем на параллельную работу показана на рисунке.

При параллельной работе генераторов смешанного возбуждения, у которых последовательная обмотка действует согласованно с параллельной обмоткой возбуждения, зажимы генераторов должны быть соединены уравнительным проводом При параллельном соединении двух генераторов с независимым возбуждением и последовательной размагничивающей обмоткой их включают без уравнительного провода. Генераторы с параллельной намагничивающей и последовательной размагничивающей обмотками, а также с расщепленными полюсами включают по схеме перекрестного питания намагничивающих обмоток.

При эксплуатации преобразователей на открытых строительных и монтажных площадках необходимо защищать их от атмосферных осадков, для чего следует делать навесы или специальные будки. Перед пуском преобразователей, длительное время находившихся на незащищенных от атмосферных осадков площадках, нужно проверить сопротивление изоляции обмоток.

Особенно тщательного ухода требуют коллектор генератора, щетки и подшипники. Коллектор нужно содержать в чистоте и периодически очищать от пыли путем протирки чистой тряпкой, смоченной в бензине. При нормальном состоянии коллектор не должен иметь следов нагара. При появлении нагара необходимо выяснить причину его возникновения и устранить ее, а коллектор прошлифовать. Поврежденные или изношенные щетки следует заменить новыми и притереть их к коллектору, а образующуюся пыль удалить с помощью струи сжатого воздуха, после чего генератор включить на холостую работу для окончательной прошлифовки щеток.

Смазку в шарикоподшипниках рекомендуется заменять 1—2 раза в год. После удаления смазки подшипники следует тщательно промыть бензином, протереть, просушить и снова заполнить смазкой. Необходимо следить за тем, чтобы в подшипники не попадала пыль и песок. При работе шум шарикоподшипников должен быть глухим, ровным без резких звуков.

При работе преобразователя необходимо следить за его температурой, которая не должна превышать 90°С. Нужно избегать перегрузок генератора преобразователя, так как от этого сокращается срок его эксплуатации.

Полупроводниковые транзисторные аппараты АП-4, АП-5 и АП-6 применяются для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом различных металлов и сплавов на постоянном или импульсном токе. Диапазон сварочного тока этих источников питания обеспечивает сварку металлов толщиной от десятков микрон до нескольких миллиметров. Аппараты обеспечивают надежное возбуждение и высокую стабильность горения сварочной дуги и имеют бесступенчатое регулирование сварочного тока. Транзисторные источники питания используются для сварки дугой, вращаемой в магнитном поле, а   также   для   сварки   сжатой   дугой   (плазменной   сварки). Основные технические данные транзисторных источников питания приведены в таблице.

Технические данные транзисторных источников питания

На рисунке показаны блок-схема и внешние характеристики транзисторного источника питания типа АП. Работа транзисторных источников питания основана на принципе стабилизации и управления током дуги с помощью блока полупроводниковых триодов (транзисторов), включенных в сварочную цепь последовательно с выпрямителем. Регулирование величины сварочного тока осуществляется плавно и за счет изменения тока управления триодов. Электрическая схема обеспечивает стабильность сварочного тока при колебаниях напряжения питающей сети и изменения напряжения на дуге.