Генераторы типа ГСО независимого возбуждения. Принципи­альная электрическая схема включения генератора приведена на рис. 4.1. Обмотка дополнительных полюсов на схеме не показана. Обмотка независимого возбуждения, создаю­щая намагничивающий магнитный поток Фв, по­лучает питание от вы­прямительного блока V, включенного в силовую сеть через феррорезо - нансный стабилизатор напряжения СН. М. д.с. намагничивающей об­мотки wrJв создает по­ток Фв, а м. д.с. после­довательной обмотки шр/ — размагничиваю­щий поток Фр, направ­ленный встречно потоку Фв. Падающая внеш­няя характеристика ге­нератора формируется вследствие уменьшения результирующего пото­ка генератора с ростом тока /. При этом умень­шаются э. д.с. Е, индук­тируемая в якоре, и напряжение U на выводах генератора.

Якорь генератора вращается асинхронным двигателем М. Гене­раторы могут работать нормально лишь при определенном 'направ­лении вращения якоря, указанном стрелкой на щите.

К генераторам независимого возбуждения с размагничивающей последовательной обмоткой относятся генераторы типов ГСО-500 и ГСО-ЗОО. ГСО-500 входит в состав преобразователя типа ПД-501, предназначенного для механизированной сварки под флюсом и для ручной дуговой сварки, а ГСО-ЗОО — в состав преобразователя типа ПСО-ЗОО для ручной дуговой сварки. На рис. 4.2 показано устройство магнитной системы четырехполюсного генератора типа

ГСО-ЗОО. Чередование полярности основных полюсов N—S—N—S, дополнительные полюса полярности s.

В отличие от несварочных генераторов постоянного тока неза­висимого возбуждения, имеющих жесткую внешнюю характеристи­ку, магнитная система и расположение катушек намагничивающей и размагничивающей обмоток у генератора типа ГСО независимого возбуждения асимметричны. У этих генераторов применяется пол­ное или частичное разнесение катушек намагничивающей и размаг-

Рис. 4.2. Устройство магнитной системы четырехполюсного генерато­ра типа ГСО-ЗОО независимого возбуждения и расположение обмо­ток на его полюсах

ничивающей обмоток по основным полюсам разной полярности, что связано с требованиями технологии процесса сварки, для которого предназначается генератор. Разнесение обмоток улучшает динами­ческие свойства генератора и сказывается на форме его внешней характеристики. Так, например, если намагничивающая обмотка размещена на всех основных полюсах, а размагничивающая — на полюсах полярности 5, то можно избежать прогиба в рабочей час­ти внешней характеристики (см. рис. 4.5, штрихпунктирные линии). При наличии прогиба значения напряжения U генератора в обла­сти рабочих токов меньше, что ухудшает устойчивость процесса сварки.

На рис. 4.3 показано устройство магнитной системы двухполюс­ного сварочного генератора с разнесенными намагничивающей и размагничивающей обмотками, что упрощает изучение картины магнитного поля и позволяет легче проследить пути магнитных силовых линий полей, создаваемых м. д.с. обмоток генератора. Часть магнитных силовых линий не проходит через якорь, а замыкается через воздух вокруг витков обмоток wB и wv, а также через сердеч­ники дополнительных полюсов, расположенных перпендикулярно

Оси основных полюсов N—S. Это магнитные силовые линии по­токов рассеяния, которые на рис. 4.3 обозначены как фво и Фро. Обмотки дополнительных полюсов, как обычно в генераторах по­стоянного тока, включены в цепь якоря последовательно. Поля, создаваемые дополнительными полюсами п и s, на рис. 4.3 не по­казаны.

Магнитные потоки намагничивающей обмотки возбуждения и размагничивающей последовательной обмотки, сцепляющиеся с витками обмотки якоря и наводящие в них э. д.с., опре­деляются как

_ /„да в »

Фв= в в и Ф„ =------------- — ,

в П V Р

(4.1)

где /вК’в и Iwv — соответст­венно м. д.с. намагничиваю­щей обмотки возбуждения и последовательной размаг­ничивающей обмотки; RM. B и Ям. р — м а гнитные сопр оти в - ления путей силовых линий ПОТОКОВ Фв И фр.

Поскольку м. д.с. обмоток направлены встречно, то ре­зультирующая м. д.с пары основных полюсов N—S равна

IBwB — Iw р.

Результирующий поток основных полюсов Ф, прони­зывающий витки обмотки

якоря, вращающегося с постоянной частотой вращения лвр, равен разности потоков Фв и Фр. В витках обмотки якоря индуктируется э. д.с. якоря

(«І

Ч ■'хм,.В ^М. р /

где ke— N'2p----------- коэффициент, зависящий от конструктивных

2а -60

данных генератора; /V/(2а) —число последовательно соединенных проводников параллельной ветви обмотки якоря; 2р — число основ­ных полюсов генератора.

Разнесение обмоток независимого возбуждения и последователь­ной размагничивающей по основным полюсам разной полярности приводит к асимметрии магнитных полей. При этом магнитный по­ток дополнительных полюсов обусловливается не ТОЛЬКО М. Д.С. и

магнитным сопротивлением цепи этих полюсов, но зависит и от м. д.с. намагничивающей и размагничивающей обмоток. Так как магнитные сопротивления путей силовых линий — величины непо­стоянные, поскольку отдельные ферромагнитные участки могут на­ходиться в насыщенном состоянии, то зависимость между э. д.с. якоря и током /в нелинейная. На рис. 4.4 приведена характеристика холостого хода Exx=f(Iв), которая в другом масштабе является за­висимостью Фв = /(/„) При Нвр = = const. Каждому значению тока /в при его уменьшении (кривая 2) соответствуют несколько боль­шие значения Фв и £х. х, чем при возрастании тока /в (кривая 1), что вызвано явлением магнитного гистерезиса. При уменьшении /в до нуля э. д.с. в якоре не равна нулю, так как в ферромагнитных частях генератора имеется не­большой остаточный поток, со­ставляющий 2—6% от Фв при но­минальном токе /в. Точка А на расчетной характеристике холо­стого хода (кривая 3) соответст­вует номинальным (расчетным) значениям потока Фв, э. д.с. Ех. х и тока /в. При нагрузках, близ­ких к номинальной, когда поток Фр велик, RM. B и Rm. v можно счи­тать постоянными и примерно рВВНЫМИГ -/?м. в~^м. р~^?м- М. д.с. намагничивающей и размагничивающей обмоток, кроме потоков Фв и Фр, сцепленных с витками якоря, создают магнитные поля Фва и Фра, замыкающиеся (см. рис. 4.3) помимо якоря вокруг вит­ков обмоток wB и wp через воздух и через дополнительные полюсы п, s. Эти потоки усиливают магнитное поле, созданное м. д.с. об­мотки дополнительного полюса полярности s, и ослабляют поле дополнительного полюса полярности п. В связи с этим действие дополнительного полюса п настолько мало, что его использование делается нецелесообразным.

Кроме того, как следует из рис. 4.3, м. д.с. дополнительных по­люсов полярности s благодаря подмагничивающему действию /вшв можно уменьшить, что дает экономический эффект, снижая массу генератора и затраты на активные материалы (медь, сталь). По­этому сварочные генераторы, имеющие’ четыре основных полюса, выполняются с половинным числом дополнительных полюсов. Однако при половинном числе дополнительных полюсов при про­ектировании генератора необходимо принимать определенные меры для поддержания условий хорошей коммутации, свойственной ма­шинам с симметричной магнитной системой. У сварочных генерато-

ров для этого обмотка якоря выполняется диаметральной или с уко­рочением шага, а полюсные наконечники дополнительных полюсов несколько расширяют по окружности якоря.

Чтобы не уменьшалось напряжение холостого хода £/*.х из-за утечки значительной части потока намагничивающей обмотки Фв через дополнительные полюсы, воздушный зазор под дополнитель­ными полюсами делают значительно больше, чем под основными.

Последовательная размагничивающая обмотка секционирована. Сделан отвод от части витков обмотки wp. Благодаря этому уда­ется предотвратить резкое уменьшение напряжения холостого хода генератора при регулировании сварочного тока в большом диапа­зоне за счет изменения тока /в в обмотке независимого возбужде­ния с помощью только резистора RB.

При нагрузке результирующий поток, сцепленный с витками вращающегося якоря, уменьшается, что дает уменьшение э. д.с. в якоре и напряжения на выводах генератора. При протекании тока / по сварочному контуру в нем несколько увеличивается падение напряжения, что также уменьшает напряжение.

Уравнение внешней характеристики генератора записывается формулой

U = E-IRa, (4.4)

где Е — э. д.с., индуктируемая результирующим ПОТОКОМ Ф—Фв— —Фр в обмотке якоря; R„ — внутреннее сопротивление якорной цепи генератора, равное сумме сопротивлений всех обмоток в цепи яко­ря и щеток. У генераторов на номинальные токи порядка 300— 500 А величина RH невелика и составляет примерно 0,010—0,015 Ом. При холостом ходе, когда /=0, напряжение на зажимах генерато­ра равно э. д.с., т. е. Нх. х=£х. х- При нагрузке падение напряжения IRr не равно нулю, ио мало (порядка 3—4 В). При коротком замы­кании сварочного контура V=0, ток / достигает максимального значения, так же как и поток Фр и поток поперечной реакции яко­ря. Э. д.с. якоря невелика и равна падению напряжения в цепи яко­ря генератора EK=IKRH, где /к — ток в цепи якоря при коротком замыкании дугового промежутка. С учетом сделанных ранее допу­щений и используя формулы (4.3 и 4.4), получим

С ростом сварочного тока / при неизменном токе /в в намагни­чивающей обмотке внешняя характеристика падающая. В области значений сварочного тока, близких к номинальному, характеристи­ка линейна.

В теории сварочных генераторов применяют понятие внутрен­ней характеристики, понимая под ней зависимость э. д.с. Е от тока / при /B=const и n=const. Уравнение внутренней характеристики можно получить из (4.4), прибавив к напряжению U падение на­пряжения в якорной цепи:

E=U + IRB. (4.6)

Понятием внутренней характеристики пользуются, рассматри­вая переходные процессы в сварочных генераторах при изучении их динамических свойств.

Из уравнения внешней характеристики (4.4) находим выраже­ние для сварочного тока:

лт£лвр/BwBJ Rm ■ U

1 =------------------------------------- , (4.7>

KennpWp/RM + Ra

где ке и п — постоянные величины, а магнитное сопротивление RM при нагрузке, близкой к номинальной, можно считать независящим от сварочного тока.

Из выражения (4.7) следует, что при данном напряжении U на дуге сварочный ток можно регулировать за счет изменения м. д.с.

IBwB намагничивающей обмотки, числа витков; ы)р последовательной размагничивающей об­мотки и за счет вклю­чения дополнительного резистора в цепь дуги для увеличения сопро­тивления цепи якоря.

У генераторов типа ГСО независимого воз­буждения регулирова­ние сварочного тока сту­пенчато-плавное. Сту­пень больших токов БТ обеспечивается вклю­чением лишь части витков обмотки Шр, т. е. уменьшением потока Фр, ступень малых то­ков МТ — включением всей обмотки Дор. Из-

чив в цепь якоря последовательно с дугой дополнительный ре­зистор.

Увеличение тока /в приводит к росту сварочного тока. При этом увеличивается и напряжение холостого хода генератора. На рис. 4.5 приведены внешние характеристики генератора типа ГСО незави­симого возбуждения для двух ступеней регулирования. Величина напряжения холостого хода наибольшая при /вмакс и наименьшая

При /в мин-

В теории несварочных генераторов постоянного тока независи­мого возбуждения с жесткой внешней характеристикой пользуют­ся понятием регулировочной характеристики, представляющей со­бой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки /в=/:(/) при лвр=const и £/д=const (рис. 4.6). Для поддержания напряжения иц на выводах генератора постоянным с увеличением тока нагруз­ки необходимо увеличивать ток /в.

Под регулировочной характеристикой сварочного генератора понимают зависимость /=/(/в) при £/H=const и nBP=const, кото­рая показана на рис. 4.7. В силу того что в области значений сва-

рочного тока, близких к номинальному, магнитная цепь генератора не насыщена, регулировочная характеристика сварочного генерато­ра практически линейна.

Рассмотрим динамические свойства генератора. Работа генера­тора протекает в условиях смены одного установившегося режима другим, что сопровождается переходными процессами в электриче­ских цепях генератора, например смена установившегося режима холостого хода (XX) режимом короткого замыкания (КЗ) при пер­воначальном возбуждении дуги или смена режима КЗ рабочим режимом (РР). При'крупнокапельном дуговом процессе сварки плавящимся электродом происходит замыкание дугового промежут­ка каплей, потом отрыв капли от электрода и смена режима КЗ режимом РР или режимом XX, если нет условий для повторного возбуждения дуги. Энергетическая система практически работает в условиях циклически повторяющихся смен одного установившего­ся режима другим. При рабочем режиме, когда дуга горит устой­чиво и на конце электрода образуется растущая в объеме капля, переходящая затем в ванну на изделии, изменяется проводимость G разрядного промежутка и на осциллограммах напряжения и то­ка дуги наблюдаются колебания их значений около некоторых сред­
них. Эти колебания тока и напряжения при сварке видны лишь на осциллограммах, так как стрелочные измерительные приборы из-за инерционности подвижных частей показывают лишь усредненные значения. Прежде чем дать качественное описание переходных про­цессов, протекающих в цепях сварочного генератора, вспомним, что если цепи какого-либо электротехнического устройства линей­ны и параметры цепей (сопротивление R, индуктивность L и взаим­ная индуктивность М) постоянны, то токи во время переходных процессов изменяются во времени по экспоненциальному закону и постоянные времени цепей не зависят от величины токов. Если цепь нелинейна, то постоянная времени в разных точках кривой тока i=f(t) непостоянна, поскольку значения R, L и М зависят от времени. Закон изменения тока в этом случае отличается от экспо­ненциального.

Для рассматриваемого сварочного генератора характерна зна­чительная электромагнитная инерция вследствие больших индуктив­ностей и взаимной индуктивности цепей, которые имеют решающее значение для характера протекания и длительности переход­ных процессов, возникающих в цепях генератора при смене устано­вившихся режимов в случае работы генератора на реальную свароч­ную дугу [10, 11, 12]. Для сварочного генератора параметры R, L и М его цепей должны иметь определенные значения, при которых генератор обладает удовлетворительными технологическими свой­ствами. Если переходные процессы протекают в источнике питания за весьма малый промежуток времени, то наблюдаются большие скорости нарастания сварочного тока, сварочный процесс сопро­вождается сильным разбрызгиванием металла, происходят прожоги изделия, качество сварного шва неудовлетворительное.

К низкому качеству шва приводит также слишком медленное протекание переходных процессов. Медленный рост напряжения, подводимого к разрядному промежутку после первоначального или повторного возбуждения дуги, может стать причиной угасания дуги, появления в шве непроваров, раковин.

Дадим качественное описание процессов, происходящих в энер­гетической системе в условиях ручной дуговой сварки плавящимся электродом при питании дуги от генератора типа ГСО независимо­го возбуждения. Рассмотрим рис. 4.8, на котором приведены гра­фики, представляющие собой обобщение осциллограмм напряже­ния l/д, сварочного тока і и тока >ів в обмотке независимого возбуж­дения генератора. Во время процесса сварки, когда записывались осциллограммы, происходили замыкания разрядного промежутка каплей, образовавшейся на торце электрода. В цепь дуги дополни­тельная индуктивность не включалась.

На рис. 4.8 можно выделить пять интервалов, которые цикличе­ски повторяются при стационарном процессе сварки: 1 — режим

XX; 2 — процесс первоначального возбуждения дуги контактным способом, т. е. режим КЗ с быстрым отведением электрода от изде­лия и переходом на рабочий режим РР, после того как дуга возбу­дилась; 3 — режим РР, при котором электрод плавится, образуется капля жидкого металла, перемещающаяся в направлении к изде­лию; 4 — режим КЗ разрядного промежутка каплей; 5 — момент отрыва капли и повторное возбуждение дуги с переходом от режима КЗ к режиму РР. При стабильном устойчивом процессе циклы по­вторяются. Если после короткого замыкания разрядного промежут­ка каплей дуга повторно не возбуждается, то процесс сварки пре­рывается и происходит смена режима КЗ режимом XX.

Рис. 4.8. Графики изменения во времени напряжения на дуге ид, сварочного тока і и тока возбуждения ів, построенные как обоб­щенные осциллограммы процесса сварки: /—5 — периодически повторяющиеся интервалы стационарного процесса сварки

Рассмотрим переходные процессы, происходящие в энергетиче­ской системе.

В режиме XX напряжение £/д. х.х на выходных выводах генера­тора, подводимое к разрядному промежутку, равно э. д.с. якоря ге­нератора Ех. х- При соприкосновении торца электрода с изделием для первоначального возбуждения дуги напряжение £/д. х.х уменьша­ется почти до нуля, а ток і в сварочном контуре начинает возрас­тать. Вследствие наличия индуктивностей и взаимной индуктивно­сти цепей генератора ток і не мгновенно достигает величины тока установившегося режима КЗ /к, а проходит значение максимума імакс и лишь затем спадает до /к. Возрастание тока і вызывает по­явление в цепях генератора э. д.с. самоиндукции и взаимной индук­ции, препятствующих его изменению. Эти э. д.с. являются причиной электромагнитной инерции генератора, которая обусловливает зна­чительный пик сварочного тока и медленное восстановление напря­жения на выходных зажимах генератора после короткого замыка­ния разрядного промежутка.

Значения индуктивностей и взаимной индуктивности цепей гене­ратора при смене режимов работы не остаются постоянными. Это объясняется тем, что ферромагнитные участки магнитной системы генератора (сердечники полюсов, ярмо станины) изменяют свое магнитное состояние и магнитные сопротивления RM в зависимости от сварочного тока, размагничивающего Фр и результирующего Ф магнитных потоков. Наибольшие значения Яш ферромагнитные уча­стки имеют при малом Фр, когда результирующий магнитный поток велик, а наименьшие — при больших значениях Фр, когда свароч­ный ток близок к номинальному и к току установившегося КЗ. В этом диапазоне магнитные сопротивления ферромагнитных участ­ков принимаются постоянными, не зависящими от сварочного тока. Обмотка независимого возбуждения и последовательная размагни­чивающая обмотка генератора имеют магнитную связь, которая вы­ражается взаимной индукцией М. Из-за того что магнитное состоя­ние магнитной системы генератора почти во всем диапазоне изме­нения сварочного тока зависит от его значения, дифференциальные уравнения, математически описывающие переходные процессы в сварочном генераторе, нелинейны и их решение затруднительно.

Переходные процессы при работе сварочного генератора проис­ходят не только при смене установившихся режимов, но и при сме­не неустановившихся режимов, как, например, режима XX на не - установивШийся режим, при котором сварочный ток / при корот­ком замыкании разрядного промежутка не успевает достигнуть зна­чения /к.

Как показывают многочисленные эксперименты, сварочный ток і в интервале времени 2 (рис. 4.8) возрастает по кривой, близкой к экспоненте.

При установившемся режиме КЗ э. д.с. якоря

EK=IKR, (4.8)

где R — полное сопротивление сварочного контура, включающее и внутреннее сопротивление генератора, и сопротивление вылета элек­трода. Э. д.с. £к составляет всего несколько процентов от э. д.с. Ех. х, так как R = 0,010-4-0,015 Ом.

Как видно из рис. 4.8, ток ів в интервале времени 2 при измене­нии сварочного тока также изменяется по величине, хотя к обмотке независимого возбуждения подведено постоянное напряжение от выпрямительного блока V. Ток ів, так же как и ток і, .при возбужде­нии дуги проходит максимум ів. макС. а затем спадает до значения /в, определяемого подведенным постоянным напряжением и сопро-

тивлением обмотки независимого возбуждения генератора. Изменение тока ів объясняется тем, что при возрастании сварочно­го тока появляется возрастающий размагничивающий магнитный поток Фр последовательной обмотки и происходит уменьшение ре­зультирующего магнитного потока Ф, сцепленного с витками на­магничивающей обмотки. В них индуктируется э. д.с. взаимной ин­дукции, направленная встречно напряжению, подводимому от V. Благодаря этому м. д.с. намагничивающей обмотки создает магнит­ное поле, поддерживающее прежнее магнитное состояние магнит­ной системы генератора и препятствующее увеличению результиру­ющего потока генератора. При этом задерживается возрастание э. д.с., индуктируемой в якоре, и напряжения на выводах генерато­ра, ухудшаются условия возбуждения дуги. Динамические свойства генератора в этих услбвиях хуже.

На кривой тока iB=f(t) (рис. 4.8) виден пик тока ів. макс, появля­ющийся при возрастании сварочного тока. Благодаря увеличению тока tB замедляется уменьшение Ф генератора, а это, в свою оче­редь, сказывается на увеличении пика сварочного тока. Как пока­зывают эксперименты, /,макс > Д, макс-

Для улучшения динамических свойств генератора — уменьшения скорости нарастания и величины пика тока в цепи дуги, улучшения условий возбуждения дуги — уменьшают магнитную связь намаг­ничивающей и размагничивающей обмоток генератора. С этой целью при проектировании генераторов разносят обмотки wB и wp на полюсы разной полярности. При разнесенных обмотках измене­ние тока і в при переходных процессах лишь незначительно влияет на характер изменения тока і.

На рис. 4.9 приведены осциллограммы мд и і на разрядном про­межутке при возбуждении дуги контактным способом для момента смены установившегося режима XX режимом КЗ без дополнитель­ной индуктивности и с дополнительной индуктивностью в цепи ду­ги. Из сравнения осциллограмм видно, что при наличии дополни­тельной индуктивности спадание Нд. х.х затягивается в связи с по­явлением э. д.с. самоиндукции, складывающейся с уменьшающимся напряжением на дуге. По этой же причине скорость нарастания то­ка снижается; пик тока становится меньше вследствие роста пол­ного сопротивления сварочного контура. Как видно на рис. 4.8, при возбуждении дуги (интервал 2) при быстром отведении элек­трода от изделия ид достигает пикового значения пд. макс а затем быстро спадает до ид_ыи„. Пик пд. макс совпадает во времени с наи­меньшим значением тока і. На рис. 4.10, где приведены осцилло­граммы Цд И I, ПИК Нд. макс совпадает с моментом времени, когда уменьшающийся ток і достигает нулевого значения. Своим появле­нием пик Нд. макс обязан э. д.с. самоиндукции, индуктируемой в цепи якоря генератора при спаде тока і вследствие резкого изменения проводимости G разрядного промежутка. Величина ип. мякс не имеет практического значения для облегчения возбуждения дуги, так как существует кратковременно. Напряжение после достижения значе­ния цд. мин возрастает практически по экспоненте. Если кривую

uK=f(t) продолжить влево (рис. 4.10) до пересечения с осью орди­нат, то получим отрезок ОК, величина которого равна э. д.с. £к якоря генератора в момент размыкания сварочного контура. Чем больше э. д.с. Ек, тем лучше условия для возбуждения дуги. Если э. д с. Ек недостаточна по величине, то в цепь дуги включают допол­нительную индуктивность [9, 10, 12]. Вернемся к рис. 4.8. С момента отведения электрода от поверхности изделия пси возбуждении дуги

до возникновения устойчивого дугового разряда проходит некото­рый промежуток времени, обозначенный т и называемый временем восстановления напряжения. Наилучшие условия для возникнове­ния устойчивого дугового разряда при ручной дуговой сварке пла­вящимся электродом, как показывает опыт, создаются, если £д. мик»30 В при rig:0,02 с. Время восстановления напряжения на дуге зависит от электромагнитной инерции генератора. Чем оно меньше, тем быстрее возрастает э. д.с. якоря генератора, которая при замыкании разрядного промежутка накоротко равна Ек. Для более легкого возбуждения дуги необходимо сокращение времени спадания тока і после пика /макс до /к. Это объясняется тем, что происходит прерывание переходного процесса и дуга возбуждается легче, так как э. д.с. якоря е больше[11]. Величина э. д.с. £к должна

быть не менее напряжения возбуждения дуги при данном способе сварки. Если это условие не выполнено, то дугу данной длины воз­будить невозможно. Величина імин должна быть больше некоторого минимального тока, при котором проводимость разрядного проме­жутка при данных физико-химических условиях больше нуля. Тог­да под действием сил электрического поля, хотя и малой напря­женности, возникнет движение электронов.

На основе опытных данных установлено, что для генератора, питающего дугу при ручной дуговой сварке плавящимся электро­дом, между імакс и /к существует определенное соотношение, обес­печивающее стабильный процесс сварки. Если обозначить отноше­ние імакс/Ік=т, то

1<т<2,5. (4.9)

Из сказанного можно сделать следующие выводы: о динамиче­ских свойствах генератора можно судить по осциллограммам про­цессов во время смен установившихся режимов XX и КЗ; динами­ческие свойства характеризуются отношением імакс/^к='«, а также временем т восстановления напряжения на дуге до 30 В.

Технические данные преобразователей с генераторами типа ГСО независимого возбуждения приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Технические данные ПД-501 гсо-зоо Климатическое исполнение, категория размещения.................................................... У2 У2 Нижнее значение температуры окру­жающего воздуха, °С..................................... —40 —40 Номинальный сварочный ток, А. . . 500 300 • Пределы регулирования сварочного тока, А 125—500 75—320 Режим работы, ПН%................................. 60 60 Продолжительность цикла сварки, мин 10 5 Номинальное рабочее напряжение, В 40 30 Напряжение холостого хода, В. . 90 60 Тип генератора.......................................... ГСО-500 ГСО-ЗОО Вид приводного двигателя. ... Трехфазный Трехфазный Мощность двигателя, кВт.......................... асинхронный -30 асинхронный 10 Номинальное напряжение питающей сети, В....................................................................... 220, 380 220, 380 Частота вращения, мин-1........................... 2900 2890 Коэффициент мощности.......................... 0,9 0,89 К. и. Д., %.................................................... 59 59 Габаритные размеры, мм......................... І075ХІ085Х650 1026 x858 x590 Масса, кг, не более...................................... 545 430

Генераторы типа ГСО с самовозбуждением. Генераторы имеют падающие внешние характеристики. Они входят в состав свароч­ных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания, предназнача­
емых для ручной дуговой сварки и резки металлов в полевых усло­виях при отсутствии силовой трехфазной сети, а также в состав преобразователей с приводными асинхронными двигателями для ручной дуговой сварки, наплавки и резки металлов открытой дугой и механизированной сварки под флюсом в стационарных условиях.

Генератор с самовозбуждением менее чувствителен к кратко­временным снижениям напряжения силовой сети, чем генератор

Рис. 4.11. Принципиаль - Рис. 4.12. Устройство магнитной системы четырех - ная электрическая схема полюсного генератора типа ГСО-300 с самовозбуж - генератора типа ГСО с дением и расположение обмоток иа его полюсах самовозбуждением ■*>

сети практически не отражаются на частоте вращения и, следова­тельно, на величинах э. д.с. и выходиегсгнапряжения генератора.

Принципиальная электрическая схема сварочного генератора типа ГСО с самовозбуждением приведена на рис. 4.11. Для облег­чения лонтпйания принципа действия рассматривается работа двух - ттоятбсного генератора, который имеет намагничивающую обмотку wB, расположенную на основном полюсе полярности N, и последова­тельную размагничивающую обмотку шр, расположенную на дру­гом основном полюсе полярности S. Намагничивающая обмотка получает питание от половины выходного напряжения, снимаемого с основных щеток а и Ь генератора, для чего посередине между ос­новными щетками установлена дополнительная щетка г. Благодаря действию поперечной реакции якоря, несмотря на наличие размаг­ничивающего магнитного поля последовательной обмотки, напря-

жение Uzb на щетках zb практически не зависят от величины сва­рочного тока. Выходным напряжением генератора U является на­пряжение на основных щетках а и Ь, которое равно алгебраической сумме напряжений на щетках аг и zb:

U=Uab=Uaz + Uzb. (4.10)

Генератор типа ГСО с самовозбуждением, так же как и генера­тор типа ГСО независимого возбуждения, имеет половинное число дополнительных полюсов полярности S, что вносит асимметрию в его магнитную систему. На рис.

4.12 показаны устройство магнит­ной системы четырехполюсного генератора типа ГСО-ЗОО с само­возбуждением и расположение обмоток на полюсах. Генератор имеет четыре Основных полюса с обычным чередованием полярно­сти N—S—N-—S и два дополни­тельных полюса южной полярно­сти s—s. Обмотки возбуждения — намагничивающая и размагничи­вающая — разнесены по полюсам полностью; намагничивающая об­мотка расположена только на ос­новных полюсах полярности N—N, а последовательная размагничи­вающая обмотка — на основных полюсах S—S. Генератор имеет пять щеток. Две соединенные щетки а-образуют положительный вы­вод, соединенные щетки Ъ — отрицательный вывод генератора. Между основными щетками а и Ь находится дополнительная щетка z. Питание намагничивающей обмотки осуществляется от напря­жения той части якоря, которая при вращении находится под воз­действием складывающихся магнитных потоков Фв и поперечной реакции якоря Фя. На рис. 4.13 приведена картина распределения магнитных потоков под полюсом полярности N четырехполюсного генератора. Дополнительные полюсы на рисунке не показаны. На­пряжение между щетками z я b определяется результирующей ве­личиной половины магнитного потока основных полисов Фв/2—Фр/2 и половины потока поперечной реакции якоря Фя/2 (при рассмот­рении процессов влияние потоков рассеяния Фвс не учитывается;.

При рассмотрении взаимодействия магнитных полей под полю­сом полярности N будем применять метод наложения, который по­зволит изучить сущность процессов. Однако это возможно лишь при допущении, что ферромагнитные участки путей магнитных по­лей не насыщены. Такое допущение справедливо для сварочного генератора с размагничивающей обмоткой при нагрузках, близких к номинальным, т. е. при /~/н. С увеличением тока I поток основ-

ных полюсов вследствие размагничивающего действия последова­тельной обмотки уменьшается, а поток поперечной реакции якоря увеличивается. Поэтому результирующий магнитный поток под левой половиной основного полюса полярности N по направлению вращения остается примерно постоянным и равным потоку Фв при холостом ходе, так как потоки размагничивающей последователь­ной обмотки и поперечной реакции якоря при этом уравновешива­ются. При расчете генератора изменения потоков Фр и Фя подбира­ют так, чтобы обусловливаемая результирующим потоком э. д.с.

Рис. 4.14. Графики изменения напряжений Uaь, Uaz, Uzb в зависимости от сварочного то­ка генератора типа ГСО с са­мовозбуждением

EZb в указанной половине обмотки якоря, несмотря на увеличение тока I, оставалась практически постоянной. Падение напряжения в витках обмотки якоря невелико, и напряжение Uzb на щетках z и b практически не зависит от нагрузки. Ток /„ при Изменении тока / нагрузки практически не изменяется - Под правой частью основного полюса полярности N ложли размагничивающей последовательной обмотки ипсдаереЧйой реакции якоря складываются, сильно ослаб- лдя^лсгтотГФв. Это дает уменьшение Eaz и Uа% на щетках az. Напря­жение Uaz при некотором значении /=/j падает до нуля, и при дальнейшем увеличении нагрузки напряжение Uaz, изменив знак, начинает увеличиваться по абсолютному значению, что приводит к уменьшению напряжения на щетках ab. При I=h результиру­ющий поток под правой половиной основного полюса полярности N равен нулю, так как поля размагничивающей обмотки и поперечной реакции якоря складываются и почти полностью компенсируют по­ле, создаваемое намагничивающей обмоткой.

На рис. 4.14 приведены графики изменения напряжений Uaz, Uzb и иаь в зависимости от сварочного тока. График [/*=/(/) имеет пологовозрастающую форму. Благодаря этому внешняя характери­стика Uab — f(I) линейна в области номинальной нагрузки, Если бы с ростом тока I Uaz оставалось постоянным или несколько уменьша­лось, то это дало бы прогиб внешней характеристики генератора в сторону меньших значений напряжений при тех же значениях тока /. Это в свою очередь привело бы к меньшей устойчивости горения дуги, так как сопровождалось бы уменьшением напряженности Е электрического поля в дуговом промежутке.

Из сказанного следует, что формирование падающей внешней характеристики у генератора типа ГСО с самовозбуждением осу­ществляется за счет размагничивающего действия последователь­ной обмотки с использованием взаимодействия магнитных потоков обмотки возбуждения и поперечной реакции якоря. На рис. 4.15 приведены внешние характеристики генератора типа ГСО с само­возбуждением.

Регулирование сварочного тока у генератора с самовозбуждени­ем ступенчато-плавное. Ступенчатое — в две ступени — для малых и больших токов осуществляется переключением числа витков Wр в режиме XX на выводах генератора. Плавное регулирование в пре­делах каждой ступени осуществляется резистором RB в цепи намаг­ничивающей обмотки. Чем меньше величина RB, тем больше ток /в и больше сварочный ток.

Регулировочная характеристика для одной из ступеней

сварочного тока имеет ту же форму, что и регулировочная харак­теристика генератора типа ГСО с независимым возбуждением (см. рис. 4.7). Технические данные преобразователя типа ПСО с гене­ратором ГСО с самовозбуждением приведены ниже.

Климатическое исполнение, категория размещения Нижнее значение температуры окружающего воз­духа, °С

Номинальный сварочный ток, А................................. .

Пределы регулирования сварочного тока, А. . .

Режим работы, ПН%...............................................

Продолжительность цикла сварки, мин.......................

Номинальное рабочее напряжение, В..........................

Напряжение холостого хода, В......................................

Тип генератора. •...................................................

Мощность генератора, кВт.............................

Вид приводного двигателя.................................... ' . .

Частота вращения, мин"1 . Габаритные размеры, мм. Масса, кг, не более

Генераторы типа СГП-3 с самовозбуждением. Генераторы пред­назначены для сварки и резки в воздухе и под водой в составе сва­рочных агрегатов типа АСДП и ПАС, имеющих дизельные и авто­мобильные приводные двигатели. Генераторы обеспечивают свароч­
ные токи порядка 400—600 А. По принципу действия генераторы такие же, как и генераторы типа ГСО-ЗОО, но имеют отличия в схе­ме и в конструкции магнитной системы: катушки обмотки возбуж­дения расположены на всех четырех основных полюсах (N — S —■ — N — 5); дополнительных полюсов также четыре. У агрегата типа ПАС-400, предназначенного для сварки под водой, для обеспечения безопасности водолазов-сварщиков предусмотрено автоматическое снижение напряжения холостого хода до 24 В при перерывах в работе.