Файл: ЭО ПОУ методические указания у ЛР (ЭЭТп-1401).doc

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРОЧНОГО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы

Изучить сварочные агрегаты постоянного тока, конструкцию и свойства сварочного ГСО-300М, исследовать работу сварочного генератора в режимах холостого хода и нагрузки.

Теоретические сведения

Сварочные машины постоянного тока изготавливают в виде агрегатов, состоящих из сварочного генератора и двигателя (асинхронного или внутреннего сгорания). Сварочные генераторы – это специальные машины постоянного тока. По форме внешних характеристик генераторы бывают с падающими, жесткими или пологопадающими характеристиками. Выпускаются универсальные генераторы, позволяющие получить как жесткие, так и падающие характеристики.

В зависимости от назначения сварочные генераторы постоянного тока подразделяются на многопостовые и однопостовые. В многопостовых генераторах обычно применяется компаудное возбуждение, обеспечивающее жесткую внешнюю характеристику. Подключение отдельного сварочного поста к многопостовому генератору осуществляется через балластный реостат, на котором гасится излишек напряжения (рис.3.1). Применение балластных реостатов в установках многопостовой сварки является вынужденным, этим обеспечивается независимое устойчивое горение дуги каждого поста.

Достоинствами многопостовых генераторов являются: снижение стоимости оборудования, снижение эксплуатационных расходов на единицу полезной мощности, экономия производственных площадей, повышенная надежность в эксплуатации. Недостатки многопостовой сварки: потери электроэнергии в балластных реостатах, малая маневренность оборудования.

О

Рис.3.1. Принципиальная схема многопостового генератора:

ШО – шунтовая обмотка; СО – сериесная обмотка; ДП – обмотка дополнительных полюсов; R_В - регулятор напряжения; R_Б – балластный реостат

Рис.3.2. Принципиальные схемы однопостовых генераторов:

а) с самовозбуждением; б) с независимым возбуждением

а)

б)

днопостовые сварочные генераторы для обеспечения устойчивости горения сварочной дуги должны иметь крутопадающую характеристику, которая получается за счет размагничивающего действия последовательной обмотки возбуждения.

Однопостовые генераторы выпускаются по следующим схема:

1. С самовозбуждением (рис.3.2а), когда намагничивающая обмотка НО создает магнитный поток, действующий в одном направлении, а размагничивающая последовательная обмотка РО создает встречный магнитный поток.

2. С независимым возбуждением (рис.3.2б), когда при холостом ходе действует независимая обмотка НО, а размагничивающая обмотка РО создает встречный поток при нагрузке (сварке).

В генераторах с жесткой внешней характеристикой последовательная обмотка при замыкании сварочной цепи не размагничивает, а подмагничивает генератор.

---

Универсальные сварочные генераторы выполняются по схеме (рис.3.3), позволяющей переключением обмоток получать падающую или жесткую характеристику. Простейшим сварочным генератором является генератор с размагничивающей обмоткой якоря (рис.3.2).

Рис.3.3. Принципиальная схема универсального сварочного генератора

Магнитные потоки обмотки независимого возбуждения НО и размагничивающей обмотки РО направлены встречно при холостом ходе:

Ф_РО=0 и U₀=СФ_НО,

При нагрузке напряжения на дуге:

Магнитный поток Ф_РО, пропорциональный току нагрузки, увеличивается с повышением нагрузки, а суммарный поток генератора уменьшается, вследствие чего его внешняя характеристика получает требуемый от сварочного генератора падающий вид.

Напряжение холостого хода плавно регулируют реостатом в цепи возбуждения, а регулирование тока короткого замыкания и соответственно рабочего сварочного тока осуществляется изменением числа витков размагничивающей обмотки (рис.3.4).

Рис.3.4. Внешние характеристики генератора с размагничивающей обмоткой:

а) при различных токах обмотки возбуждения;

б) при различных числах витков размагничивающей обмотки

а)

б)

Описание схемы установки

Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования сварочного генератора постоянного тока представлена на рис.5. В качестве сварочного генератора постоянного тока используется генератор типа ГСО-300М. Схема внутренних соединений сварочного генератора представлена на рис.3.6.

Номинальные данные генератора:

1. тип генератора – ГСО-300М,

2. номинальный ток – 250 А,

3. напряжение холостого хода - 40-80В,

4. номинальное напряжение – 30 В,

5. пределы регулирования тока – 45-320 А,

6. номинальная частота вращения – 3000 об/мин,

7. двигатель – АД 220/380 В, 16 , 59 А,

8. мощность двигателя – 4,5 кВт,

9. частота вращения – 2900 об/мин.

Магнитная система генератора имеет четыре основных и два добавочных полюса. Добавочные полюса служат для улучшения работы коллектора и токосъемных щеток. На двух основных геометрически противоположных одноименных полюсах (N) располагается намагничивающая обмотка, на двух других (S) – последовательная размагничивающая обмотка (рис.3.6). На добавочных полюсах находятся обмотки добавочных полюсов. Питание намагничивающей обмотки возбуждения осуществляется от основной и дополнительной щеток генератора.

Генератор рассчитан так, что напряжение между дополнительной и основной минусовой щетками, от которых питается обмотка возбуждения, с изменением сварочного тока изменяется незначительно, при этом и намагничивающий ток в параллельной обмотке возбуждения также изменяется в небольших пределах. Для безискровой работы дополнительной щетки под серединой полюсной дуги главных полюсов сделаны вырезы. Благодаря наличию последовательной размагничивающей обмотки внешняя характеристика генератора падающая. Крутизна наклона внешней характеристики регулируется изменением числа витков последовательной обмотки и включением последовательно с другой балластных сопротивлений. Внешние характеристики генератора ГСО-300М показаны на рис.3.7.

---

Рис.3.5. Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования сварочного генератора

Рис.3.6. Принципиальная электрическая схема сварочного генератора ГСО-300М:

N – полюса; Н – начало катушки; К – конец катушки

Рис.3.7. Внешние характеристики сварочного генератора ГСО-300М для диапазона токов:

1,1’ – 300 A; 2,2’ – 200 A; 3,3’ – 100 A

Сварочный генератор ГСО-300М имеет два диапазона регулирования сварочного тока: «малые токи», когда включается полное число витков последовательной размагничивающей обмотки, и «большие токи», когда включается лишь часть витков размагничивающей обмотки.

Генератор имеет три выводных зажима: «общий», «+200» и «+300». Присоединением кабеля с помощью перемычки, с одного зажима на другой изменяется диапазон регулирования сварочного тока. Плавное регулирование в пределах диапазона производят реостатом R_в.

Аппаратура управления и контрольно-измерительные приборы находятся на специальном лабораторном стенде, установленном рядом со сварочным генератором.

Экспериментальное исследование сварочного генератора

1. Снять характеристику холостого хода генератора. Для снятия характеристики холостого хода перемычками замыкаются клеммы на щите стенда: «НК» - «О», «Ш» - «М» и на выходе генератора «+200» - «0» (рис.3.5). При этом обмотки возбуждения главных и дополнительных полюсов включены последовательно, питание их осуществляется от главных щеток.

Изменяя ток возбуждения от 0 до максимального значения и обратно (при помощи регулировочного сопротивления R_В) , замеряют напряжение между главными и дополнительными щетками. Данные опыта заносятся в табл.3.1 и на основе их строятся графики:

U_B, U_АБ, U_AB, U_ВБ=f(I_В).

2. Снять внешнюю характеристику сварочного генератора. Для снятия внешней характеристики перемычками замыкаются клеммы: «Ш»-«Б», «В»-«НК» (рис.3.5 и 3.6). При этом размагничивающие обмотки главных полюсов и обмотки добавочных полюсов (ДП) включаются последовательно друг с другом между плюсовым (А) и минусовым (Б) зажимами генератора.

Таблица 3.1.

Характеристики холостого хода генератора

№ п.п.	Iв, А	Uв, В	UАБ, В	UВБ, В	UАВ, В	I~, А	W~
							дел	Вт
1. 2. 3. 4. 5.		Восходящая ветвь Х.Х.
1. 2. 3. 4. 5.		Нисходящая ветвь Х.Х.

Намагничивающие обмотки (НО) включаются через реостат R_в независимо от размагничивающей и обмоток дополнительных полюсов, между зажимами добавочной щетки (В) и минусовой (Б).

Нагрузкой генератора служит реостат R_Н. Изменение нагрузки осуществляется с помощью кулачкового контроллера (ПЗ) путем перевода рукоятки контроллера в соответствующее положение (0,1,2,3,4,5). Минимальная нагрузка будет при установке рукоятки контроллера в положение – 0 и максимальная – в положение 5. Для каждого из шести значений нагрузки (положений рукоятки контроллера ПЗ) записать показания приборов в табл.3.2. Всего необходимо снять две внешние характеристики при двух положениях перемычки «0» - «+200», «0»-«+300» на выводах генератора и одну при введенном балластном сопротивлении и любом положении перемычки при одном и том же токе возбуждения.

---

На основании данных табл.3.2 строятся кривые зависимости напряжения между щетками А,Б,В в функции от тока нагрузки генератора:

U_АБ, U_ВБ, U_АВ=f(I_Н),

И зависимость коэффициента мощности от нагрузки:

сos  = f(I_Н)

Программа работы

1. Перед началом выполнения работы необходимо тщательно ознакомиться с описанием лабораторной работы: с конструкцией сварочного генератора, принципиальной монтажной схемой лабораторной установки (рис.3.8), приборами и аппаратами, расположенными на щите и их назначением, записать номинальные данные машин, аппаратов и приборов.

2. Собрать схему для снятия характеристик холостого хода, для чего соединить перемычками клеммы на щите стенда: «Ш» - «М», «НК» - «О» и на выходе генератора «О» - «+200» (рис.3.5 и 3.6): рубильники Р₁ и Р₂ (рис.3.5) отключить, рукоятку переключателя ПЗ установить в положение «0».

3. После проверки схемы преподавателем (лаборантом) и его разрешения подключить лабораторную установку к питающей сети. Снять характеристику холостого хода генератора, для чего с помощью регулировочного сопротивления R_в, изменяя ток возбуждения от 0 до максимального значения и обратно, замерить напряжения между главными и дополнительными щетками. Данные опыта занести в табл.3.1.

4. Отключить установку от сети. На основании данных табл.3.2 построить графики: U_В,U_АБ, U_ВБ, U_АВ=f(I_в). Прямая и обратная ветви характеристики холостого хода должны быть расположены на одном графике.

5. Собрать схему для снятия внешней характеристики сварочного генератора, для чего перемычками замкнуть на щите стенда – «Ш»-«Б», «В»-«НК» (рис.3.5 и 3.6), рубильники Р₁ и Р₂ включить в положение «1» (рис.3.5), рукоятку переключателя ПЗ установить в положение «0». На выходе генератора установить перемычку в положение «0» - «+200».

6. После проверки схемы преподавателем (лаборантом) и его разрешения, подключить лабораторную установку к питающей сети.

7. Снять внешнюю характеристику генератора, для этого с помощью реостата R_в установить указанную преподавателем величину тока возбуждения. Затем для каждого из шести положений рукоятки переключателя ПЗ (шесть значений нагрузки) записать показания приборов в табл.3.2.

8. Сняв первую внешнюю характеристику, отключить установку от сети. После полного прекращения вращения якоря генератора на выходе генератора установить перемычку в положение «0» - «300». При этом положение движка реостата R_в в цепи возбуждения не изменяется. Действуя аналогично указаниям п.7. снять вторую внешнюю характеристику. Показания приборов записать в табл.3.2. Отключить лабораторную установку от сети.

9. Рубильник Р₂ включить в положение 11: аналогично предыдущему снять3-ю внешнюю характеристику.

10. Внешние характеристики снять для двух различных значений тока возбуждения, указанных преподавателем.

11. На основании данных табл.3.2 построить кривые зависимости напряжения между щетками А,Б,В в функции от тока нагрузки генератора:

---

U_АБ, U_ВБ, U_АВ=f(I_Н),

И зависимость коэффициента мощности установки от нагрузки генератор: сos  = f(I_Н).

12. Внешние характеристики для двух разных значений тока возбуждения строятся на одном графике.

Содержание отчета

1. Формулировка задачи лабораторного исследования.

2. Краткие теоретические сведения.

3. Табл. 3.1 и 3.2 с результатами измерений, принципиальная схема установки.

4. Графики U_В=f(I_В), U_АБ, U_БВ, U_АБ = f(I_В, I_Н), cos  = f(I_Н).

5. Выводы по работе в целом.

Контрольные вопросы

1. Какие характеристики должны иметь сварочные генераторы и почему?

2. Какими способами обеспечивается падающая характеристика у однопостового сварочного генератора?

3. Объясните, почему однопостовые источники сварочного тока должны иметь крутопадающую характеристику.

4. Каким образом осуществляется регулирование сварочного тока у генератора с размагничивающей обмоткой?

5. Объясните принцип действия генератора типа ГСО-300М и способы регулирования крутизны внешней характеристики генератора.

---