Сварочные генераторы однопостовые коллекторные

Э. д. с. сварочного генератора наводится магнитными потоками, образующимися в самом генераторе:

Е_г= сФ_г,

где с — постоянная генератора; Ф_г — суммарный магнитный поток в генераторе.

Напряжение на зажимах генератора при нагрузке

U_р=E_г-I_гR_г

где I_г — ток в якорной цепи генератора; R_г — суммарное сопротивление в цепи генератора.

В зависимости от назначения сварочные генераторы имеют различные внешние вольт-амперные характеристики: крутопадающие, крутопадающие в сочетании с пологопадающими, жесткие в сочетании с возрастающими и др. Генераторы с крутопадающими в сочетании с пологопадающими вольт-амперными характеристиками называют универсальными.

Все генераторы имеют намагничивающие обмотки (н. о.) возбуждения W_н, питающиеся либо от независимого источника (рис. 20.1, а-в), либо от самого генератора (рис. 20.1, г). В первом случае генераторы называют с независимым возбуждением, во втором - с самовозбуждением. Намагничивающие обмотки имеют большое число витков (ω_н = 200÷500); их выполняют из тонкого провода (диаметром 1,5-2,5 мм) и располагают на отдельных башмаках корпуса генератора. Намагничивающий ток I_н в этих обмотках невелик (2-20 А) и регулируется сопротивлением R.

Рис. 20.1. Электрические схемы однопостовых сварочных генераторов

При протекании намагничивающего тока по обмотке W_н в генераторе наводится намагничивающий магнитный поток Ф_н:

Ф_н=I_нω_н/R_м.н

где R_м.н — сопротивление магнитной цепи на пути потока Ф_н; I_н — ток в намагничивающей обмотке; ω_н — число витков в намагничивающей обмотке.

При холостом ходе поток определяет э. д. с. и напряжение генератора

Изменением тока намагничивания осуществляется плавное регулирование напряжения холостого хода, а следовательно, и режима его работы при нагрузке.

В большинстве генераторов для дуговой сварки имеется и последовательная обмотка возбуждения. По этой обмотке, включенной последовательно с дугой, протекает ток, равный току дуги. Как правило, последовательные обмотки возбуждения, расположенные также на отдельных башмаках корпуса генератора, имеют небольшое число витков (3—5), сечение которых рассчитано по номинальному сварочному току.

Магнитный поток, наводимый намагничивающей силой последовательной обмотки возбуждения, возникает только при нагрузке генератора. В зависимости от способа включения последовательной обмотки возбуждения этот поток направлен встречно или согласно с намагничивающим потоком Ф_н.

Встречный или размагничивающий магнитный поток Ф_р наводится намагничивающей силой размагничивающей обмотки возбуждения W_p(рис. 20.1, а, в, г); согласный или подмагничивающий магнитный поток Ф_п — подмагничивающей обмоткой возбуждения W_п (рис. 20.1, б).
Последовательная обмотка возбуждения секционирована. Включают либо все витки этой обмотки, либо половину. В последнем случае действие магнитного потока последовательной обмотки значительно ослабляется (при встречном включении) или усиливается (согласное включение).

При наличии в генераторе последовательной размагничивающей обмотки (W_p) э. д. с. генератора определяется из уравнения

Е_г = сФ_н — сФ_р

или

Е_г= с(I_нω_н/R_м.н - I_гω_р/R_м.р).

Принимая R_м.н.≈R_м.р., получим

E_г = (c/R_м) (I_нω_н-I_гω_р)

Напряжение на зажимах генератора при нагрузке

U_г = (с/R_м) (I_нω_н - I_гω_p) - I_гR_г.              (20.1)

Из приведенных уравнений следует, что вольт-амперные характеристики генераторов с размагничивающими последовательными обмотками возбуждения будут иметь крутопадающую форму (рис. 20.2). При отключении размагничивающей обмотки (см. рис. 20.1, в — клеммы 1—4) вольт-амперная характеристика генератора становится пологопадающей (рис. 20.2) при ωp = 0. Уравнение (20.1) в этом случае имеет вид Uг = (с/Rм) Iнωн - IгRг Рис. 20.2. Внешние вольт-амперные характеристики генераторов с последовательными размагничивающими обмотками возбуждения

Наличие секционирования в размагничивающей обмотке позволяет ступенчато регулировать режим работы генератора. При этом возрастает кратность регулирования тока генератора. Появляется возможность выполнять сварку на малых токах при повышенном напряжении холостого хода. Зависимость тока нагрузки генератора от тока Iн для генераторов с размагничивающими обмотками в общем виде на основании уравнения (20.1) представлена на рис. 20.3. Рис. 20.3. Регулирование тока нагрузки Iг в генераторах с размагничивающими обмотками возбуждения

При наличии в генераторе подмагничивающей последовательной обмотки возбуждения W_п (рис. 20.1,6) уравнение (20.1) можно записать в виде

U_г = (c/R_м) (I_нω_п + I_гω_п) - I_гR_г

Изменяя число витков подмагничивающей обмотки, регулируют угол наклона вольт-амперной характеристики генератора (рис. 20.4). Обычно при минимальном числе витков wп генератор имеет жесткую вольт-амперную характеристику. В этом случае выполняется равенство

I_гω_п≈I_гR_г.

Рис. 20.4. Внешние вольт-амперные характеристики генераторов с последовательными подмагни-чивающими обмотками возбуждения При большем числе витков наблюдается неравенство Iгωп>IгRг. Внешние вольт-амперные  характеристики  генератора будут иметь возрастающую форму. Для питания намагничивающей обмотки возбуждения требуется постоянное, не зависимое от работы генератора напряжение. Это легко достигается в генераторах с независимым возбуждением путем применения автономного источника, например, полупроводникового выпрямителя, если в качестве электропривода генератора использован электродвигатель переменного тока.

Значительно сложнее получить постоянное напряжение для питания намагничивающей обмотки в самом генераторе (в генераторах с самовозбуждением). Для этой цели между основными щетками А и В на коллекторе устанавливают промежуточную щетку С (см. рис. 20.1, г). Напряжение на щетках А, С близко к постоянному и мало зависит от режима работы генератора. Постоянство напряжения достигается путем использования магнитного потока, наводимого намагничивающей силой якорной обмотки Wя или реакции якоря (рис. 20.5). Рис. 20.5. Распределение магнитных потоков при нагрузке в генераторах с параллельной намагничивающей и последова тельной размагничивающей обмотками возбуждения

Между щетками А и С действуют равномерно распределенные магнитные потоки: намагничивающей обмотки Ф_н, размагничивающей обмотки Ф_р и подмагничивающей якорной обмотки Ф_я.н. Реакция якоря ослабляет действие размагничивающего потока. Э. д. с. на щетках А, С определится из выражения

Е_А,С = (с/2)(Ф_н-Ф_р + Ф_я.н).

Для постоянства э. д. с. и напряжения на щетках А, С необходимо Ф_р ≈ Ф_я.н. Тогда

Из схемы распределения магнитных потоков видно, что на участке ВС реакция якоря Фя усиливает действие размагничивающего потока Фр. С увеличением нагрузки падение напряжения на щетках В, С резко усиливается (рис. 20.6). Рис. 20.6. Изменение напряжения на участках АС, ВС, АВ при нагрузке в генераторах с самовозбуждением