Установки дуговой электрической сварки

НИУ МЭИ

Реферат на тему

«Установки дуговой электрической сварки»

Студент: Якунин А.Ю.

Группа: Э-09-10

Преподаватель: Тульский В.Н.

Оглавление

1.      Введение

2.      История развития применения электроэнергии в технологии рассматриваемого производства

3.      Основные технологические этапы

4.      Технология ручной дуговой сварки

5.      Устройство сварочного поста

6.      Характерные электроприёмники производства

6.1  Характеристики источников питания дуги и требования к ним

6.2  Сварочные трансформаторы

6.3  Сварочные выпрямители

6.4  Сварочные электромашинные генераторы и преобразователи

6.5  Многопостовые источники питания дуги

6.6  Вспомогательные устройства для источников питания

7.      Требования к надежности электроснабжения предприятия

8.      Возможные пути энергосбережения в системе электроснабжения

9.      Заключение, выводы о взаимодействии с сетью

10.  Список использованной литературы и интернет источников

Введение

Электросварочная установка - комплекс функционально связанных между собой элементов соответствующего электросварочного и общего назначения электротехнического, а также механического и другого оборудования, средств автоматики и КИП, обеспечивающих осуществление необходимого технологического процесса. (ПУЭ, пункт 7.6.3)

С точки зрения энергетики нас будут интересовать: этапы технологического процесса; источники сварочного тока, их виды, критерии их выбора; возможные пути энергосбережения.

Этим пунктам в реферате уделено особое внимание.

История развития применения электроэнергии в технологии рассматриваемого производства.

В этом разделе внимание будет заострено на истории развития источников сварочного тока.

В 1802 году в Санкт-Петербурге В.В. Петров открыл и описал явление электрической дуги. Производя опыты с электродами из различных металлов, В.В. Петров получает то же яркое пламя, «от которого сии металлы иногда мгновенно расплавляются, сгорают также с пламенем какого-нибудь цвета и превращаются в оксид», а «когда тонкая железная проволока… сообщенная с одним полюсом огромной батареи, будет употреблена для опыта… и поднесена к углю…, то которого… конец проволоки, почти во мгновение ока, краснеет, скоро расплавляется и начинает гореть с пламенем и разбрызгиванием весьма многих искр по различным направлениям». В этом сообщении академика В.В. Петрова о произведенном впервые расплавлении металлов электрической дугой присутствует не только первое указание на возможность такого расплавления, но и описывается в явление дуги, которое мы наблюдаем при сварке металлов.

У Петрова «Вольтов столб» состоял из 4 200 медных и цинковых кружочков, проложенных бумагой, смоченной водным раствором нашатыря. Общая длина этого столба составляла 12 метров. Выполнен этот столб был не так, как было принято, располагался в лежачем положении в нескольких ящиках из красного дерева, соединенных между собой проводом. Он и позволил изобретателю зажечь электрическую дугу на 5 лет раньше, чем Дэви Гемфри, использовавший в своих опытах столб из 2 000 «кружочков».

Рис. 1. Схема опытов В.В. Петрова

Работы Петрова по расплавлению металлов продолжил Н.Н. Бенардос. В 1882 г. он предложил способ дуговой электрической сварки, а через 2 года получил патент на это изобретение.

Н.Н. Бенардос соединил один полюс мощной электрической батареи (электрическая батарея представляла собой аккумуляторы и заряжающую их динамо-машину)  с угольным электродом, а другой — со свариваемыми металлическими деталями.

Как только сварщик, держа электрод за ручку, подносил его к металлу, вспыхивала яркая дуга. В ее пламя помещался конец металлического стержня, названный присадочным металлом. Жар дуги начинал расплавлять этот стержень и края свариваемых листов. Металлические детали соединялись при помощи шва, который представлял собой ровную полоску наплава. Способ Бенардоса получил широкую известность.

 

Рис. 2. Принципиальная схема сварки угольным электродом

Начали применять металлическую сварку на российских железных дорогах для ремонта рельсов и подвижного состава. Через 5 лет после того, как Н.Н. Бенардос запатентовал свое изобретение, Н.Г. Славянов, горный инженер, также получил патент на электросварку.

При наблюдении за действием электросварки, Славяновым было отмечено, что одной из причин снижения прочности сварного шва является излишнее количество углерода, попадавшего в шов при сгорании угольного электрода. В 1888 г. Н.Г. Славяновым был применен собственный способ дуговой электросварки металлов. В чем же заключалось отличие данного метода? Все просто: угольный электрод был заменен металлическим. В процессе сварки расплавленный металл стекал с электрода на поверхность свариваемой детали, что делало шов прочнее, а работу сварщика - проще.

Эффективность нового способа сварки была продемонстрирована лично Н.Г. Славяновым на выставке, организованной Русским техническим обществом в Петербурге. Сварочный аппарат Славянова и аппарат Бенардоса экспонировались на противоположных стендах, что давало посетителям возможность сравнить принципы их устройства.

Славянов предложил новаторскую по тем временам идею - исключить из сварочной цепи аккумуляторную батарею. На Пермских пушечных заводах под руководством Славянова были построены две мощные динамо-машины постоянного тока с приводом от паровых двигателей на номинальный ток 300 и 1 000 Ампер. Непрерывное расплавление электрода препятствовало образованию металлических включений и окислов, ухудшавших качество сварки.

Рис. 3. Схема поста для наплавки зубьев шестерен по проекту Н.Г. Славянова:
1 – сварочный генератор; 2 – свариваемый предмет; 3 – электрод; 4 – полуавтомат

В 1905 году австрийский профессор Розенберг разработал специальный сварочный генератор поперечного поля, у которого с ростом сварочного тока изменялось напряжение на дуге. В том же 1905 году академик В. Ф. Миткевич предложил применять для сварки металлов переменный ток, в том числе и трехфазный. В 1907 году первый генератор с регулируемым напряжением был выпущен на заводе Lincoln Electric. В том же году фирма С-С Electric сделала сварочный мотор-генератор, разработанный инженером-электриком Артуром де Эспесом. В 1927 году В. П. Никитину был выдан патент на первый в мире комбинированный однокорпусной трансформатор-регулятор для дуговой сварки марки СТН. [3]

Появление в 50-е годы полупроводниковых селеновых диодов позволило внедрить выпрямители в процесс сварки. Выпрямители состояли из трансформатора и выпрямительного диодного блока. Эти аппараты отличались от предшествующих генераторов постоянного тока и преобразователей меньшим весом, отсутствием движущихся силовых элементов, низким уровнем шума и отсутствием вибраций.

Основные технологические этапы

 

Рис.4. Обоб­щенная схема технологического процесса изготовления сварных конструкций с указанием его основных этапов.

Заготовительные работы. Заготовительные работы – важный этап технологического процесса изготовления сварных конструкций. Для таких изделий в основном используются детали, которые были образованы из заготовок листового полуфабриката, профилей, а также механически обработанных отливок, поковок и т. п.

Имеет смысл разделить заготовительные работы на два основных этапа: раскрой — разрезание полуфабриката, тем самым получение заготовок; формообразование деталей из полученных заго­товок. Иногда, если в том есть необходимость, вводится предварительная очи­стка и правка полуфабриката. Раскрой полуфабриката по трудоемкости составляет порядка 10 % всего объема заготовительных ра­бот, а формообразование — 90%, при этом более половины этого объема связано с формированием деталей из листа.

Подготовка деталей перед сборкой и сваркой. После заготовительных операций поверхности деталей могут иметь на себе следы различных загряз­нений, таких как масла, краски, окалины, оксидные пленки. Подобные за­грязнения соединяемых деталей могут повлечь за собой снижение качества металла швов, их неудовлетворительное фор­мирование, появление несплавлений и прожогов при сварке, именно по­этому для получения качественного сварного соединения необхо­димо провести специальную подготовку поверхно­сти деталей или мест их соединения перед сваркой. Такая подготовка заключает­ся в очистке деталей от загрязнений, удалении окалины и по­верхностных окислов.

Сборка и сварка. После формирования и подготовки поверх­ностей детали поступают на сборку и сварку — операции, которые являются наиболее ответ­ственными в изготовлении сварных конструкций. Их при разработке технологии чаще всего рассматривают совместно.

Сборка представляет собой совокупность операций по установлению деталей в положение, предусмотренное черте­жом, для проведения последующей сварки. Основная цель разра­ботки технологического процесса сборки - определе­ние наиболее выгодной последовательности и способа сварки от­дельных деталей.

В производстве сварных конструкций находят применение сле­дующие схемы сборки и сварки (рис. 5):

• последовательная сборка и сварка элементов;

• полная сборка всей конструкции с последующей ее сваркой;

• параллельно-последовательная сборка и сварка.

 

 

Рис.5. Схемы сборки и сварки сварных конструкций:

а – последовательная; б – полная; в – параллельно-последовательная

Технология ручной дуговой сварки

Сущность способа и оборудование

С помощью ручной дуговой сварки выполняется большой объем сварочных работ при производстве сварных конструкций. Наиболь­шее применение находит ручная дуговая сварка покрытыми элек­тродами. Схема процесса ручной дуговой сварки металлическим покрытым электродом показана на рис. 6.

Рис. 6. Схема процесса ручной дуговой сварки покрытым электродом: 1 – твёрдый шлак;  2 – шов; 3 – жидкий шлак; 4 – газовая защита; 5 – капли жидкого металла; 6 – стержень;   7 – электродное покрытие; 8 – дуга; 9 – сварочная ванна; 10 – деталь.

Дуга 8 горит между стержнем 6 и основным металлом детали 10. Под действием теп­лоты дуги электрод и основной металл расплавляются, образуя сварочную ванну 9. Капли жидкого металла 5 с электродного стерж­ня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе с ме­таллическим стержнем плавится и электродное покрытие 7, обра­зуя газовую защиту 4 и жидкую шлаковую пленку 3 на поверхно­сти расплавленного металла. В связи с тем, что большая часть теп­лоты выделяется на торце металлического стержня электрода, на его конце образуется коническая втулка из покрытия, способ­ствующая направленному движению газового потока. Это улучша­ет защиту сварочной ванны. По мере движения дуги сварочная ванна охлаждается и затвердевает, образуя сварной шов 2. Жид­кий шлак также затвердевает и образует на поверхности шва твер­дый шлак 1, удаляемый после сварки. При этом способе осуще­ствляется газошлаковая защита расплавленного металла от взаи­модействия с воздухом. Кроме того, шлаки позволяют проводить необходимую металлургическую обработку металла в ванне. Для выполнения функции защиты и обработки расплавленного ме­талла покрытия электродов при расплавлении должны образовы­вать шлаки и газы с определенными физико-химическими свойствами, поэтому для обеспечения заданных состава и свойств шва при выполнении соединений на разных металлах для сварки при­меняют электроды с определенным типом покрытий, к которым предъявляют ряд специальных требований.

При сварке покрытыми электродами перемещение электрода вдоль линии сварки и подачу электрода в зону дуги по мере его плавления осуществляют вручную. При этом возникают частые изменения длины дуги, что отражается на постоянстве основ­ных параметров режима сварки: напряжения дуги и силы сва­рочного тока. С целью поддержания более стабильного теплового режима в ванне при ручной дуговой сварке применяют источни­ки питания с крутопадающими вольт-амперными характеристи­ками. Схема питания дуги при ручной дуговой сварке показана на рис. 7.

 

Рис. 7. Схема питания дуги при ручной дуговой сварке покрытым электродом:                    а – электрическая цепь; б – схема поста сварки; 1 – деталь; 2 – электрододержатель;     3 – источник тока; А – амперметр; V – вольтметр.

С помощью дуговой сварки покрытыми электродами изготов­ляют конструкции из металлов с толщиной соединяемых элементов более 2 мм при небольшой протяженности швов, располо­женных в труднодоступных местах и различных пространственных положениях.

Основными преимуществами способа являются универсальность и простота оборудования. Недостаток — невысокая производитель­ность и применение ручного труда. Невысокая производительность обусловлена малыми допустимыми значениями плотности тока. Для увеличения производительности используют сварку погружен­ной дугой, пучком электродов или применяют электроды с же­лезным порошком в покрытии.

При сварке неплавящимся (обычно вольфрамовым) электро­дом в защитном газе применяют сварочные горелки (рис. 8).

            Рис. 8. Горелка для ручной дуговой сварки в защитном газе: 1 – сопло; 2 – наконечник; 3 – ручка; 4 – токоподвод; 5 – газоподвод.

Оборудование сварочных постов

При выполнении производственных операций за рабочим или бригадой рабочих закрепляется рабочее место в виде участка про­изводственной площади, оснащенной, согласно требованиям тех­нологического процесса, соответствующим оборудованием и не­обходимыми принадлежностями. Рабочее место электросварщи­ка, оборудованное всем необходимым для выполнения сварочных работ, называют сварочным постом. Сварочные посты могут быть стационарными или подвижными. От правильной организации рабочего места в значительной степени зависят высокая произво­дительность труда сварщиков и качество сварных швов и соедине­ний.

 

Рис. 9. Планировка сварочной кабины: 1 – источник питания дуги; 2 – заземление;             3 – пускатель источника питания; 4 и 5 – прямой и обратный токоподводящие провода;      6 – стол; 7 – вентиляция; 8 – коврик; 9 – электроды; 10 – щиток; 11 – электрододержатель; 12 – стул; 13 – ящик для отходов

Характерные электроприёмники производства

Характеристики источников питания дуги и требования к ним

Для создания устойчивого дугового разряда между электродом и свариваемым изделием к ним необходимо подвести напряжение от специального источника питания электрическим током. Такой источник должен обеспечивать легкое и надежное возбуждение дуги, устойчивое ее горение в установившемся режиме сварки, регулирование мощности (силы тока). Одной из характеристик источников тока является внешняя вольт-амперная характерис­тика, представляющая собой зависимость напряжения на выход­ных зажимах источника от силы тока нагрузки и выражаемая гра­фически.

Внешние вольт-амперные характеристики источников питания сварочной дуги (рис. 10.1) могут быть падающими (напряжение уменьшается с увеличением сварочного тока), жесткими (умень­шения напряжения с увеличением силы тока не происходит), воз­растающими (при увеличении силы тока напряжение возрастает). Наиболее часто используют источники с характеристиками пер­вого типа. Между статической вольт-амперной характеристикой дуги и внешней характеристикой источника питания должно быть определенное соответствие.

Рис. 10. 1. Внешние вольт-амперные характеристики источников питания дуги:

1 – крутопадающая; 2 – пологопадающая; 3 – жесткая; 4 – возрастающая.

При стабильном горении дуги требуется выполнение условий

Где  — напряжение дуги и источника соответственно;   - ток дуги и источника соответственно.

При совмещении вольт-амперных характеристик источника тока 2 и дуги 1 (рис. 10.2) такое условие может выполняться в двух точках А и В. Однако устойчивый процесс существования дуги будет лишь в точке А

Рис. 10.2. Совмещение вольт-амперных характеристик дуги 1 и источника тока 2:

А и В – точки стабильного горения дуги.

Выбор источника питания по типу внешней характеристики производят в зависимости от способа сварки и конкретных усло­вий ведения процесса.

Источники сварочного тока могут работать в одном из свароч­ных режимов: перемежающемся, повторно-кратковременном и продолжительном.

В перемежающемся режиме работа под нагрузкой в течение вре­мени t_н чередуется с холостым ходом в течение времени t_{х х}, когда источник силы тока не отключается от сети.

Такой режим работы характерен для источников при ручной дуговой сварке, а также для автоматической и механизированной сварки на постоянном токе. Для ручной сварки в большинстве случаев источники имеют номинальную продолжительность на­грузки, равную 20; 35 и 60 %.

В повторно-кратковременном режиме работа под нагрузкой че­редуется с временем пауз, когда источник полностью отключает­ся от сети на время tп. Такой режим характерен для автоматической и механизиро­ванной сварки на переменном токе, а источники имеют продол­жительность включения(   ), равную 60 % и более.

В продолжительном режиме источник питания может работать под нагрузкой непрерывно (многопостовые источники). Все сва­рочные источники в промышленности квалифицируются по ряду признаков. На переменном токе работают сварочные трансформа­торы, генераторы повышенной частоты; на постоянном токе — генераторы, выпрямители. Также классификацию проводят по конструктивным особенностям, виду внешних характеристик, количеству одновременно подключаемых постов сварки и др. Тре­бования к источникам и их характеристики определяются соот­ветствующими стандартами.

Сварочные трансформаторы

Общие сведения. Трансформатором называют электромагнит­ный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряже­ния в переменный ток другого напряжения той же частоты. Работа трансформатора основана на электромагнитном взаимодействии двух или нескольких не связанных между собой обмоток провода.

Основные типы сварочных трансформаторов. В зависимости от способа создания в цепи дуги индуктивного сопротивления сва­рочные трансформаторы делят на две группы: с нормальным маг­нитным рассеянием и реактивной катушкой — дросселем; с уве­личенным магнитным рассеянием. Однако трансформаторы с нор­мальным магнитным рассеянием в настоящее время менее рас­пространены и практически не выпускаются. Например, для авто­матической сварки под флюсом используют трансформатор ТСД-1000-4, имеющий дистанционное управление. Поэтому сейчас в основном используют трансформаторы второй группы.

Рис. 10.3. Схемы трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием:                             а – с раздвижными обмотками; б – с подвижным шунтом; в – с управляемым шунтом;       1 – магнитопровод; 2 – первичная обмотка; 3 – вторичная обмотка; 4 – шунт; l_max – максимально возможное расстояние между обмотками; b – зазор в шунте; I_n – постоянный ток управления шунтом

В настоящее время трансфор­маторы с увеличенным магнитным рассеянием распространены более широко.

Трансформаторы с раздвижными обмотками состоят из магни­топровода 1 (см. рис. 10.3, а) и двух обмоток, из которых первич­ная 2 закреплена неподвижно, а вторичная 3 — подвижная. Регу­лирование сварочного тока осуществляется изменением расстоя­ния между ними. По этому принципу работают сварочные транс­форматоры типа ТД, ТДМ. Трансформаторы этих типов наиболее часто используют для ручной дуговой сварки.

 

Рис 10.4. Устройство и внешние характеристики трансформатора ТД-500У2:

а – конструкция; б внешние характеристики; 1- корпус; 2 – магнитопровод; 3 – ручка винта; 4 – ходовой винт; 5 – ходовая гайка; 6,7 – обмотки; большим токам соответствует сплошная линия, малым – прерывистая.

Конструктивные особенности трансформаторов этой группы показаны на примере трансформатора ТД-500У2 (рис. 10.4, а), предназначенного для ручной и механизированной дуговой сварки, резки и наплавки металлов. Трансформатор представляет собой передвижной источ­ник питания дуги, выполненный в однокорпусном исполнении с естественным охлаждением. Внутри корпуса 1 расположены магнитопровод 2, первичная 6 и вторичная 7 обмотки, переключа­тель ступеней тока и токоуказательный механизм. Каждая из об­моток имеет по две катушки. Перемещение подвижной вторичной обмотки производится с помощью ходового винта 4. Вращая хо­довой винт, изменяют расстояние между обмотками.

Сварочный ток регулируется изменением индуктивного сопро­тивления. В трансформаторе предусмотрены две ступени регули­рования сварочного тока. Ступени переключаются специальным переключателем. На каждой из ступеней плавное регулирование силы тока осуществляется изменением расстояния между обмот­ками. При сближении катушек уменьшается индуктивное сопро­тивление, что приводит к увеличению сварочного тока, при их раздвижении сварочный ток уменьшается. Вследствие повышен­ной индуктивности рассеяния трансформатор обладает падающи­ми вольт-амперными характеристиками (рис. 10.4, б).

Трансформаторы с подвижным магнитным шунтом состоят из магнитопровода 1 (см. рис. 10.3,б) с расположенными на нем первичной 2 и вторичной 3 обмотками. Внутри магнитопро­вода установлен перемещающийся магнитный шунт 4, представ­ляющий собой два пакета из пластин электротехнической стали. С помощью поворота шунта изменяют магнитные потоки рассе­яния. При уменьшении зазора между пакетами шунта часть маг­нитного потока будет замыкаться через шунт, магнитная связь между первичной и вторичной обмотками будет уменьшаться, а следовательно, будет уменьшаться и сварочный ток. При увеличении этого зазора большая часть магнитного потока будет про­ходить по основному магнитопроводу, магнитная связь между обмотками увеличится, что приведет к увеличению сварочного тока. Такой принцип применен, например, в сварочном транс­форматоре СТШ-500.

Трансформаторы с управляемым магнитным шунтом также имеют магнитопровод 1 (см. рис. 10.3, в) с расположенными на нем первичной 2 и вторичной 3 обмотками. Магнитный шунт 4 с обмоткой управления расположен в окне магнитопровода. Досто­инством таких трансформаторов является возможность расшире­ния пределов регулирования сварочного тока при отсутствии под­вижных частей в конструкции, что определяет их надежность и долговечность. Обмотка управления питается постоянным током. Чем больший поток она создает, тем больше будет насыщение сердеч­ника шунта и меньше магнитный поток рассеяния трансформатора. Таким образом, большему току подмагничивания в обмотке управ­ления шунта соответствует большее значение сварочного тока, и наоборот. По такому принципу работают трансформаторы ТДФ, применяемые для автоматической дуговой сварки под флюсом, а также трансформаторы типа ТСФЖ с тиристорным управлением.

Выбор трансформаторов для разных способов сварки. При ре­шении вопроса о выборе трансформатора для разных способов сварки на переменном токе в первую очередь определяют вид вольт-амперной характеристики дуги при данных условиях сварки и рассматривают ее параметры в зависимости от режима сварки. За­тем на основании условий эксплуатации сварочных трансформа­торов и заданных электрических параметров режима выбирают сварочный трансформатор требуемой мощности и необходимого режима его работы (продолжительный, перемежающийся или повторно-кратковременный). При этом учитывают соответствие вольт-амперной характеристики дуги с внешней характеристикой сварочного трансформатора.

Сварочные выпрямители

Общие сведения. Сварочные выпрямители представляют собой устройства, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямленный). Они состоят из следующих основных узлов: силового трансформатора для понижения напря­жения сети до необходимого напряжения холостого хода источ­ника, блока полупроводниковых элементов для выпрямления пе­ременного тока, стабилизирующего дросселя для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. Выпрямительный блок представ­ляет собой набор полупроводниковых элементов, включенных по определенной схеме.

Рис. 11. Схема выпрямления однофазного переменного тока: а – схема включения; б – ток внешней цепи; в – выпрямленный ток; U – напряжение источника тока; UZ – выпрямитель; I – ток источника; t – время.

На рис. 11. показана схема выпрямления однофазного пере­менного тока. Она состоит из силового однофазного тока транс­форматора и четырех диодов, включенных по мостовой схеме. При таком варианте получают непрерывный выпрямленный пульси­рующий ток с падением его до нуля после каждого полупериода.

В сварочных выпрямителях силовой трансформатор применяют, как правило, трехфазный, что обеспечивает равномерную на­грузку трехфазной сети, а также позволяет получать меньшие пульсации выпрямленного тока. В этом случае диоды соединяют по трехфазной мостовой схеме двухполупериодного выпрямителя (рис. 12), представляющей собой мост из шести плеч.

Рис. 12. Выпрямление трехфазного переменного тока: а – схема включения; б – трехфазный ток; в, г – выпрямленные токи; 1 – 3 – фазы трансформатора;                            Т – трансформатор; UZ – выпрямитель; I1 – I3 – фазовые токи.

В каждом плече моста установлены вентили. Диоды в плечах каждой фазы соединены последовательно. В трех плечах соединены между собой все катоды, составляющие катодную группу выпрямителя, в ос­тальных трех - все аноды, образующие анодную группу. Такая схема обеспечивает выпрямление обоих полупериодов перемен­ного трехфазного тока во всех трех фазах. Применение трехфазной мостовой схемы позволяет свести пульсации выпрямленного тока до минимума.

Сварочные выпрямители для ручной и механизированной дуго­вой сварки. Для ручной дуговой сварки штучными электродами обычно применяют сварочные выпрямители типа ВД с падающей вольт-амперной характеристикой. При сварке плавящимся элект­родом в защитных газах процесс ведут при большой силе свароч­ного тока при возрастающей вольт-амперной характеристике дуги, особенно при сварке в углекислом газе. Для устойчивого горения дуги в этих условиях требуется источник с жесткой внешней ха­рактеристикой. Такой характеристикой обладают выпрямители типа ВДГ. В универсальных сварочных выпрямителях типа ВДУ предусмотрена возможность ведения процесса с переключением или падающей или жесткой вольт-амперной характеристикой.

Подробно рассмотрим выпрямитель типа ВД.

Рис. 13. Сварочный выпрямитель ВД – 306У3:

а – устройство; б – внешние характеристики; 1 – вентилятор; 2 – трансформатор; 3 – выпрямительный блок; жирной линией показана ВАХ для больших токов; пунктирной – для малых.

Сварочный выпрямитель ВД-306УЗ предназначен для питания сварочной дуги постоянным током при ручной дуговой сварке, наплавке и резке металлов при питании от сети трехфазного пе­ременного тока. Он состоит из понижающего сварочного транс­форматора 2 (рис. 13, а) с подвижной первичной обмоткой, выпрямительного кремниевого блока 3 с вентилятором 1, пуско­вой и защитной аппаратуры. Все составляющие части выпрямите­ля смонтированы на каркасе тележки и защищены кожухом из листового металла. Напряжение, необходимое для процесса свар­ки, падающая внешняя характеристика выпрямителя и регулиро­вание сварочного тока обеспечиваются трехфазным трансформа­тором с повышенным магнитным рассеянием. Выпрямитель име­ет два диапазона регулирования сварочных токов. Внутри каждого диапазона плавное регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между обмотками сварочного трансфор­матора. Внешние характеристики выпрямителя (рис. 13, б) име­ют крутопадающую рабочую часть с небольшими кратностями тока короткого замыкания -- 1,2—1,4 от сварочного тока при номи­нальном рабочем напряжении.

Выбор выпрямителей для разных способов сварки. При выборе сварочного выпрямителя для разных способов сварки определяют вольт-амперную характеристику дуги и рассчитывают параметры режима сварки. Далее на основании технических условий эксплу­атации сварочных выпрямителей и заданных электрических пара­метров сварки выбирают сварочный выпрямитель требуемой мощ­ности и с необходимым режимом его работы (продолжительный, перемежающийся или повторно-кратковременный), устанавливают соответствие вольт-амперной характеристики дуги с внешней ха­рактеристикой источника питания дуги.

Сварочные электромашинные генераторы и преобразователи

Источниками постоянного тока для сварки наряду с выпрями­телями являются сварочные генераторы, преобразующие механи­ческую энергию в электрическую. Принцип действия электричес­кого генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитной индукцией называют явление возникновения ЭДС в проводнике при перемещении его в магнитном поле, пере­секающем этот проводник. Значение возникающей ЭДС зависит от скорости движения проводника, величины магнитного потока и длины проводника (число витков катушки). Сварочные генера­торы постоянного тока относятся к электрическим машинам спе­циального назначения. В настоящее время промышленность вы­пускает генераторы с коллекторным и вентильным способами выпрямления тока.

Сварочный генератор коллекторного типа состоит из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллектором. При работе генератора якорь вращается в магнитном поле, создавае­мом полюсами статора. Обмотка якоря пересекает магнитные си­ловые линии полюсов генератора, и в ее витках возникает пере­менный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. К коллектору прижаты угольные щетки, через кото­рые постоянный ток снимается с коллектора и подводится к вы­ходным зажимам. К этим зажимам присоединяют сварочные про­вода, идущие к электроду и изделию.

Сварочные генераторы выполняют по различным электричес­ким схемам. Они могут быть с падающей внешней характеристи­кой (генераторы ГСО в преобразователях типа ПСО-300, ПСО-500 и др.), с жесткой или пологопадающей характеристикой (ге­нераторы ГСГ в преобразователях типа ПСГ-500) и универсаль­ные (преобразователи ПСУ-300, ПСУ-500).

Вращение якоря генератора может производиться с помощью электрического двигателя или двигателя внутреннего сгорания. Установку, состоящую из сварочного генератора и приводного трехфазного асинхронного электродвигателя, называют сварочным преобразователем (например, преобразователи ПСГ-500-1, ПД-502 и др.).

Установку, состоящую из сварочного генератора и приводного двигателя внутреннего сгорания, называют сварочным агрегатом.

Агрегаты используют в основном для ручной сварки и резки в монтажных и полевых условиях, где отсутствуют электрические сети. В этих условиях рациональным является использование бес­коллекторных сварочных генераторов с вентильным способом выпрямления тока. Вентильные генераторы вырабатывают трех­фазный переменный ток частотой 200 или 400 Гц, который затем преобразуется в постоянный выпрямительным блоком из крем­ниевых диодов, а отсутствие коллектора упрощает конструкцию и повышает эксплуатационную надежность источника тока.

Многопостовые источники питания дуги

При необходимости размещения значительного числа свароч­ных постов на ограниченной производственной площади целесо­образно применять более мощные источники питания. Такие ис­точники обеспечивают работу нескольких постов одновременно через общий шинопровод, подключенный к выходным зажимам источника. Такие источники называют многопостовыми источни­ками питания.

Основное требование, предъявляемое к многопостовым источ­никам питания дуги, — обеспечение устойчивой работы каждого подключенного к нему поста как в установившемся, так и в пере­ходных режимах независимо от воздействия других постов. Эта независимость постов обеспечивается неизменностью напряжения холостого хода вдоль шинопровода для каждого поста. Многопос­товое питание часто используют для ручной дуговой сварки по­крытыми электродами, автоматической сварки под флюсом и механизированной сварки в среде углекислого газа. При многопо­стовом питании каждый сварочный пост подключается к шинопроводу через отдельное постовое (балластное) сопротивление.

Рис. 14. Схема подключения сварочных постов к много постовому источнику:

В – источник тока; СП₁ – СП_n – сварочные посты; ШП – шинопровод; РБ – балластное сопротивление

Схема подключения показана на рис. 14. Многопостовой ис­точник В обслуживает п сварочных постов (СП₁ —СП_n) через об­щий шинопровод ШП. Каждый сварочный пост подключен к шинопроводу через балластное сопротивление РБ.

Вспомогательные устройства для источников питания

Многие специализированные источники питания дуги для свар­ки на переменном и постоянном токе комплектуют устройства­ми, облегчающими зажигание дуги.

Осцилляторы, представляющие собой маломощные (100... 300 Вт) высокочастотные генераторы, создающие токи высокого напряжения (2...5 кВ) и высокой частоты (150...250 кГц), полу­чили наибольшее распространение.

Питание сварочной дуги токами высокой частоты и высокого напряжения параллельно с основным источником сварочного тока повышает устойчивость горения дуги и облегчает ее зажигание. Зажигание дуги обеспечивается даже без соприкосновения элект­рода с изделием, что особенно необходимо при сварке вольфра­мовым электродом в защитном газе. При подаче импульсов тока от осциллятора на промежуток между изделием и электродом про­исходит пробой промежутка. В нем появляются свободные элект­роны, создавая условия для горения дуги, питаемой от основного источника тока. Ток высокой частоты и напряжения безопасен для человека. С источником питания постоянного тока осциллято­ры применяют для первоначального возбуждения дуги, а пере­менного — как для первоначального возбуждения дуги, так и для его возобновления после смены полярности (после перехода си­нусоиды тока через ноль), т. е. для поддержания устойчивого горе­ния дуги. Осцилляторы в основном используют при сварке дутой малой мощности, при аргонодуговой сварке, при сварке тонко­листового металла, при пониженном напряжении холостого хода источника сварочного тока.

Стабилизаторы поддерживают устойчивое горение сварочной дуги при сварке на переменном токе плавящимся электродом пу­тем подачи на дугу в начале каждого периода повышенного им­пульса напряжения, фактически повторно зажигая дугу в момен­ты перехода тока через нулевое значение.

Требования к надёжности электроснабжения предприятия [5]

7.6.11. Электроприемники основного оборудования и вспомогательных механизмов электросварочных установок в отношении обеспечения надежности электроснабжения, как правило, следует относить к электроприемникам III или II категории (см. гл. 1.2).

К III категории следует относить электроприемники всех передвижных и переносных электросварочных установок, стационарных электросварочных установок, перечисленных в 7.5.8, цехов и участков, а также других цехов и участков, если перерыв в электроснабжении используемого в них электросварочного оборудования не приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих и механизмов.

Электроприемники 2 категории электроснабжения рекомендуется запитывать от двух независимых источников питания. При отсутствии напряжения на первом вводе второй ввод включается вручную дежурным или членом аварийной бригады. Для воздушной линии допустимо использовать одну линию с возможностью ремонта в течении 24 часов. Для второй категории электроснабжения возможно  питание по одной кабельной линии из нескольких кабелей от одного аппарата. При возможности замены трансформатора за 24 часа допустима запитка от одного трансформатора.

 Электроприемники 3 категории электроснабжения могут обеспечиваться электроэнергией от одного источника питания при возможности ремонта вышедших из строя узлов за сутки.

Возможные пути энергосбережения

В промышленности наблюдается общая тенденция к модерни­зации и совершенствованию технологических процессов и при­меняемого оборудования. В сварочном производстве одним из перспективных направлений является создание энергосберегающего оборудования с использованием высокочастотных преобразовате­лей. Так, в последние годы расширяется применение источников питания инверторного типа. Основным элементом такого источ­ника является высокочастотный преобразователь тока — инвер­тор, преобразующий постоянный ток в переменный высокой ча­стоты. Преобразование тока производится с помощью коммута­ционных элементов тиристорного или транзисторного типа, ра­ботающих на частотах, достигающих десятков килогерц. У таких источников масса и габариты уменьшаются в несколько раз по сравнению с безинверторными. Они имеют коэффициент мощно­сти 0,95...0,98, малые потери, более высокие КПД и динамичес­кие свойства.

Заключение

В развитии экономики ведущую роль должно занимать машиностроение. Это возможно лишь при условии внедрения последних научных разработок, в том числе и в области сварки.

На производстве широко используются сварочные полуавтоматы и автоматы – они используют те же физические явления, но автоматизируют производство, повышая его экономическую эффективность.

Выводы о взаимодействии с сетью

Сварочное оборудование широко используется в промышленности.  Это приводит к искажениям сетевого напряжения и тока, вызывает негативное влияние на питающую сеть. Сетевое напряжение и ток искажаются, что отрицательно сказывается на работе различной, чувствительной к высшим гармоникам напряжения питающей сети: компьютеры, различные электронные устройства. Неблагоприятное воздействие данных несинусоидальных режимов может вызвать поломку дорогостоящего оборудования, что, естественно, сильно ударит по карману производителей.

Также целесообразно рассматривать компенсацию реактивных составляющих мощности как выгодный способ повышения качества питающей сети. При использовании компенсирующих устройств совместно со сварочным оборудованием улучшаются энергетические характеристики.

Существует проблема выбора компенсирующих устройств: из-за того, что у сварочного оборудования несколько этапов работы, затрудняется использование классических средств компенсации(статически батареи конденсаторов, LC-фильтры и тд). Следовательно, требуется разработка новых устройств компенсации.

Приведем цитату из научной работы Н.Н.Петросяна:

«Электросварочные установки оказывают влияние на все показатели качества электрической энергии по напряжению, т.е. их можно рассматривать как источники электромагнитных помех (ЭМП), которые оказывают влияние на сам технологический процесс и на системы управления электроприемников, что приводит к изменению рабочих характеристик электроприемников или к отказам в работе.

Основными видами помех являются отклонения,  колебания и провалы напряжения,  переходные процессы при включении сварочных машин, а также несинусоидальность и несимметрия напряжения»

Большинство этих проблем решается с помощью подключения сварочных установок в сеть через различные преобразователи, о которых уже было рассказано в работе.

Список использованной литературы

1. http://www.great-co untry.ru/content/sov_nauka/mi_first/mi_0023.php (Информация о В.В.Петрове)
2. http://rus-eng.org/invention/E%27lektrodugovaya%20svarka%20plavyawimsya%20e%27lektrodom.htm (Бенардос, Славянов)
3. http://pacperm.ru/main/news_and_pub/statpub/hist_sv_t.html (История развития)
4. В.С. Виноградов «Электрическая дуговая сварка», 4 – е издание, Академия, 2010г.(Источники сварочного тока)
5. Правила устройства электроустановок
6. http://www.ngpedia.ru/id143647p2.html (Сварочный пост)
7. http://www.rusarticles.com/oborudovanie-statya/svarochnye-generatory-1589025.html (Сварочные генераторы)
8. http://global-katalog.ru/://www.sport-trener.com/item8181.html (Многопостовые источники питания)