Методические указания по выполнению лабораторной работы №3 по дисциплине «Источники питания для сварки»

 

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КОЛЛЕКТОРНОГО СВАРОЧНОГО ГЕНЕРАТОРА C НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

 

Составители             к.т.н., доц. Евченко В.М.

д.т.н., проф. Стрижаков Е.Л.

             

Электронная версия лабораторной работы составлена на базе издания: Исследование работы коллекторного сварочного генератора с независимым возбуждением: Метод. указания/ ДГТУ, Ростов н/Д, 2004. – 9 с.

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

o      Изучить устройство коллекторных сварочных генераторов с падающей характеристикой.

o      Исследовать влияние изменения регулируемых параметров на форму внешних характеристик генераторов

o      Построить внешние характеристики источника питания.

В процессе выполнения работы студент должен экспериментальным путем построить внешние и регулировочную характеристики и объяснить, чем обусловлены полученные формы характеристик и их расхождения. При этом студент должен использовать багаж теоретических знаний, техническую документацию, прилагаемую к генераторам, методические указания и натуральный образец генератора.

Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен знать:

·        электромагнетизм и электромагнитную индукцию;

·        принцип действия коллектора;

·        устройство и работу генераторов независимого возбуждения;

·        методы измерений электрических параметров сварочной цепи;

·        устройство балластных реостатов;

Студент должен уметь: собрать электрические схемы; пользоваться измерительными приборами.

 

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Сварочные коллекторные генераторы представляют собой особый вид электрических машин с технологическими свойствами, обеспечивающими лёгкое возбуждение и устойчивое горение сварочной дуги и получение шва, обладающего требуемыми свойствами.

Магнитные системы и расположение обмоток возбуждения сварочных генераторов отличаются от магнитных систем и расположения обмоток генераторов постоянного тока общепромышленного исполнения. Общим является то, что переменная ЭДС, индуктируемая в якоре, выпрямляется во вращающемся контактном устройстве, называемом коллектором.

Сварочный генератор должен иметь внешнюю характеристику, соответствующую способу сварки, применяемой защитной среде и характеристике дуги. Кроме того, для надёжного возбуждения дуги контактным способом напряжение холостого хода генератора должно быть выше, чем напряжение при горении дуги. Генератор должен обеспечивать регулирование режима сварки в широких пределах и иметь необходимые динамические свойства.

По форме внешних характеристик сварочные генераторы постоянного тока можно разделять на генераторы с падающими внешними характеристиками и генераторы с жесткими характеристиками.

Первые применяются для питания дуги при ручной дуговой сварке и для механизированной сварки под слоем флюса, когда вольтамперная характеристика дуги падающая или жесткая. Генераторы с жёсткой внешней характеристикой использую для питания дуг с возрастающей вольтамперной характеристикой, а также в многопостовых системах.

 

2.1. Коллекторный генератор с падающей внешней характеристикой

 

К этому типу относится четырехполюсный генератор ГСО-500 независимого возбуждения с размагничивающей последовательной обмоткой. Он имеет две обмотки возбуждения: намагничивающую независимого возбуждения W_н размагничивающую последовательную W_р (рис. 1).

 

 

Рис.1. Генератор ГСО-500: а) Принципиальная электрическая схема; б) Внешние характеристики; БТ – ступень больших токов; МТ – ступень малых токов

 

Обмотка независимого возбуждения, создающая намагничивающий магнитный поток Ф_н получает питание от выпрямительного блока V, включенного в силовую цепь через феррорезонансный стабилизатор напряжения (СН).

Катушки намагничивающей обмотки независимого возбуждения расположены на двух основных полосах полярности N-N, а катушки размагничивающей обмотки – на основных полюсах полярности S-S. В режиме холостого хода ток нагрузки равен нулю, поэтому магнитный поток размагничивающей обмотки также равен нулю:

 

I_xx = 0; Ф_р = 0.

 

Напряжение генератора определяется только потоком Ф_н:

 

U_xx = C×Ф_н,                                       (1)

 

где С – постоянная генератора, равная:

 

,                            (2)

 

где    p – число пар полюсов;

n – число оборотов якоря в мин.;

N – число активных проводников обмотки якоря;

a – число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Это напряжение (U_xx) можно регулировать в широких пределах, изменяя ток независимой обмотки резистором R_н

При включении нагрузки явления в машине усложняются. Ток нагрузки I_д, проходя по обмотке W_р, создает поток Ф_р, направленный навстречу потоку Ф_н. Магнитопровод машины при этом размагничивается. Напряжение на зажимах генератора U_г равно ЭДС, наводимой в обмотке якоря за вычетом потерь на нагрев обмотки:

 

U_г = E_г – I_д×R_г       или    U_г = C(Ф_н – Ф_г) – I_д×R_г                     (3,4)

 

С возрастанием тока нагрузки увеличивается размагничивающий поток Ф_р, а также потери в машине I_д×R_г. В результате внешняя характеристика машины получатся падающей, так как поток Ф_н остается постоянным.

Размагничивающая обмотка выполнена из двух секций (катушек), что делает возможным ступенчатое регулирование режима сварки. При включении нагрузки на левую положительную клемму (рис. 1) работает только одна часть размагничивающей обмотки, что соответствует диапазону больших токов. При включении нагрузки на правую положительную клемму ток проходит по обеим секциям размагничивающей обмотки, ее эффективность усиливается, поэтому режим короткого замыкания устанавливается при меньшем токе.

Таким образом, машина имеет две ступени регулирования тока (рис.1,а).

Плавное регулирование сварочного тока в пределах каждой ступени производится резистором R_н в цепи обмотки возбуждения. Внешние характеристики генератора показаны на рис. 1,б. Пунктирными линиями показаны характеристики на II ступени, а сплошными на I.

 

3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

 

Изучить конструкции сварочных генераторов ПСО-500. Ознакомиться с паспортными данными.

Построить регулировочную кривую, т.е. зависимость напряжения холостого хода генератора от тока возбуждения U_xx = f(I_в).

Построить семейство внешних характеристик преобразователя ПСО-500 при трех значениях тока возбуждения.

Оборудование, приборы и материалы, необходимые для выполнения работы приведены в табл.1.

 

Таблица 1

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Снять кожух со смотровых окон машин, осмотреть внутреннее устройство (обратить особое внимание на полюсы и щетки). Определить число полюсов, найти регулировочный реостат.

Собрать электрическую схему для проведения исследования (рис.2).

Для снятия внешних характеристик в сварочную цепь вместо дуги подключаются балластный реостат РБ-300 . В цепь нагрузки последовательно включен амперметр 1 с наружным шунтом Ш (рис. 2). Напряжение на нагрузке измеряется вольтметром 2.

 

 

Рис. 2. Функциональная схема для снятия внешних характеристик генератора ПСО-500

 

Проводится три серии опытов при трех различных установках регулировочного реостата R_н. В каждой серии делается 7 замеров от холостого хода до короткого замыкания. Пределы регулирования назначаются преподавателем. Результаты эксперимента записываются в табл. 2.

 

Таблица 2

 

Плавное регулирование режима у этих генераторов осуществляется реостатом в цепи обмотки возбуждения, но при этом изменяется напряжение холостого хода U_xx. При регулировании на малые токи U_xx может оказаться недостаточным для надежного возбуждения дуги, поэтому обычно генераторы имеют две ступени регулирования тока.

Для снятия регулировочной кривой необходимо реостат в цепи обмотки возбуждения установить в 3-х фиксированных положениях, замеряя при этом напряжение холостого хода машины. Результаты измерений занести в табл.3 и построить графики внешних и регулировочной характеристик генератора.

 

Таблица 3

 

Вид строящейся зависимости:

 

U_xx = f(n),                                                  (5)

 

где n – число делений шкалы регулировочного устройства.

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

5.1. Наименование работы.

5.2. Цель работы.

5.3. Электрическая схема для снятия внешних и регулировочной характеристик.

5.4. Таблицы экспериментальных данных.

5.5. Графики внешних и регулировочной характеристик генератора и их описания.

5.6. Выводы по работе.

 

6. ЛИТЕРАТУРА

 

1.     Ленивкин В.А., Евченко В.М., Стрижаков Е.Л. Источники питания для сварки: учеб. пособие – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2008. – 274 с.

2.     Ленивкин В.А. Милютин В.С. Петров П.И. Евченко В.М. Источники питания для сварки. Часть ІІ. Источники постоянного тока: Учеб. пособие. Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 1994. - 115 с.

3.     Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги. – М.; Высшая школа, 1982.

 

7. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ»

 

При работе в лаборатории источников питания сварочной дуги студентам приходится иметь дело с действующими электрическими установками и приборами, поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности от возможного поражения электрическим током. Наиболее часто поражение током происходит либо при прикосновении к неизолированным частям электрооборудования, находящимися под напряжением, либо в результате отсутствия заземляющих устройств.

Все студенты должны обязательно соблюдать следующие правила техники безопасности:

1.   Перед началом работы проверить надежность заземления корпусов источников питания.

2.   Приступать к сборке электрической схемы можно только при выключенном напряжении питающей сети.

3.   Включение магнитного пускателя допускается только после проверки схемы руководителем и получения его разрешения.

4.   При включенном оборудовании не прикасаться к его корпусу и клеммам, а также к клеммам измерительных приборов. Никаких переключений производить нельзя.

5.   Переключение регулирующих устройств трансформаторов и выпрямителей можно производить только при отключенной питающей сети. Изменение положения регулировочных реостатов у сварочных генераторов производится при работающих приводных электродвигателях, но обязательно на холостом ходу.

6.   Не допускается включение и выключение оборудования под нагрузкой.

7.   Разбирать электрическую схему необходимо при выключенном магнитном пускателе, но только после разрешения руководителя работ.