Schweißgeneratoren
Schweißgeneratoren sind Bestandteil von Schweißkonvertern und Schweißgeräten.
Ein Schweißkonverter enthält einen antreibenden Drehstrom-Elektromotor, einen Gleichstrom-Schweißgenerator und ein Schweißstrom-Steuergerät.
Ein Schweißgerät enthält einen Verbrennungsmotor, einen Gleichstrom-Schweißgenerator und ein Schweißstrom-Steuergerät.
Schweißgeneratoren werden nach Verteiler- und Ventilkonstruktion sowie nach dem Funktionsprinzip in selbsterregte und unabhängig erregte Generatoren unterteilt.
Kollektorgeschweißte Generatoren mit unabhängiger Erregung werden in Schweißkonvertern verwendet, deren Produktion in unserem Land in den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts eingestellt wurde, die aber in einigen Organisationen immer noch in Betrieb sind.
Andere Arten von Generatoren sind derzeit Bestandteil von Schweißmaschinen.
Kollektorgeneratoren zum Schweißen
Kollektorgeneratoren sind Gleichstrommaschinen, die einen Stator mit Magnetpolen und Wicklungen sowie einen Rotor mit Wicklungen enthalten, deren Enden zu den Kollektorplatten führen.
Wenn sich der Rotor dreht, kreuzen die Windungen seiner Wicklung die Kraftlinien des Magnetfelds und in ihnen EMF induziert.
Die Graphitbürsten stellen einen beweglichen Kontakt mit den Kollektorplatten her. Die Bürsten der Maschine befinden sich auf dem elektrischen (geometrischen) Neutralleiter des Kollektors, wo die EMF in den Windungen ihre Richtung ändert. Wenn Sie die Bürsten vom Neutralleiter wegbewegen, sinkt die Spannung des Generators und die Spulen werden unter Spannung geschaltet, was bei Schweißgeneratoren unter Last dazu führt, dass der Kollektor durch einen Lichtbogen sehr schnell schmilzt.
Die EMF an den Bürsten des Schweißgenerators ist proportional magnetischer Flusserzeugt durch die Magnetpole E2 = cF, wobei F der magnetische Fluss ist; c ist die Konstante des Generators, die durch seine Konstruktion bestimmt wird und von der Anzahl der Polpaare, der Anzahl der Windungen in der Ankerwicklung und der Drehzahl des Ankers abhängt.
Ausgangsspannung des Generators unter Last U2 = E2 — JсвRr, wobei U2 — Ausgangsspannung der Klemmen des Generators unter Last; Jw – Schweißstrom; Rg ist der Gesamtwiderstand des Ankerteils im Generator und der Bürstenkontakte.
Daher sinkt die äußere statische Charakteristik eines solchen Generators geringfügig. Um bei Kollektorgeneratoren eine steil abfallende äußere statische Kennlinie zu erreichen, wird das Prinzip der inneren Entmagnetisierung der Maschine angewendet, die durch die Stator-Entmagnetisierungsspule bereitgestellt wird. Wenn eine starre äußere statische Charakteristik erforderlich ist, wird eine magnetisierende Statorwicklung verwendet.
Unabhängig erregter Schweißgenerator mit Entmagnetisierungsspule
Reis. 1 Schema eines Schweißgenerators mit unabhängiger Erregung und einer Entmagnetisierungsspule
Eine Besonderheit eines solchen Generators besteht darin, dass sich an den Magnetpolen zwei Magnetspulen befinden. Eine (Magnetisierung) wird von einer externen Stromquelle (unabhängig erregt) gespeist, während die andere (Entmagnetisierung) für den Schweißstrom verwendet wird.
Die Entmagnetisierungsspule, die als in Reihe mit dem Lichtbogen geschalteter Widerstand fungiert, sorgt für eine abfallende Charakteristik des Generators und passt bei Teilung den Strom stufenweise an.
Die Einbeziehung aller Windungen der Entmagnetisierungsspule im Betrieb ergibt eine Stufe mit niedrigem Strom, und die Einbeziehung eines Teils der Windungen ergibt eine Stufe mit hohem Strom.
Die stufenlose Einstellung des Schweißstroms erfolgt durch Änderung der Leerlaufspannung, wofür der Rheostat R im Magnetisierungskreis der Spule verwendet wird. Eine Erhöhung des Widerstands R führt zu einer Verringerung des Magnetisierungsstroms, einer Verringerung des Magnetisierungsflusses Fn, der Leerlaufspannung des Generators und schließlich zu einer Verringerung des Schweißstroms.
Der Generator weist nur dann eine fallende äußere statische Kennlinie auf, wenn er sich in eine Richtung dreht, die durch einen Pfeil auf dem Gehäuse gekennzeichnet ist. Bei Schweißumrichtern ist es erforderlich, vor dem Schweißen im Leerlauf die korrekte Drehrichtung des Elektromotors zu überprüfen.
Selbststartender Schweißgenerator mit Entmagnetisierungsspule
Der Hauptunterschied zwischen dieser Art von Generatoren besteht darin, dass die Magnetfeldspule nicht von einer externen Quelle, sondern vom Generator selbst gespeist wird. Daher werden sie selbsterregte Generatoren genannt.
Reis. 2. Schematische Darstellung und Anordnung des Magnetsystems eines vierpoligen selbsterregten Generators
Bei Kollektorschweißgeneratoren gibt es zusätzlich zu den Hauptpolen und Spulen zwei zusätzliche Pole, auf denen entlang der Windung eine zusätzliche Reihenspule platziert ist. Dies ist notwendig, um den magnetischen Fluss aus der Ankerreaktion zu kompensieren und die Position der elektrischen Neutralität der Maschine bei Laständerungen aufrechtzuerhalten.
Für den normalen Betrieb eines selbsterregten Generators ist es erforderlich, dass sich die an der Magnetisierungsspule anliegende Spannung während des Schweißvorgangs nicht ändert, d. h. ist nicht vom Schweißmodus abhängig. Zu diesem Zweck ist im Generator eine dritte Zusatzbürste eingebaut, die sich zwischen den beiden Hauptbürsten befindet.
Es stellt sich heraus, dass die Spannung, die die Magnetisierungsspule versorgt, unabhängig vom Schweißstrom ist. Die fallende Charakteristik des Generators ist auf die Entmagnetisierungswirkung der Entmagnetisierungsspule zurückzuführen, die unter der zweiten Polhälfte auftritt.
Ein Merkmal selbsterregter Schweißgeneratoren besteht darin, dass sie nur gestartet werden können, wenn der Anker in eine Richtung gedreht wird, die durch den Pfeil auf der Statorendabdeckung angezeigt wird. Dies liegt daran, dass die anfängliche Erregung des Generators beim Start auf die Restmagnetisierung der Pole zurückzuführen ist.
Wenn der Anker in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, fließt in der Erregerspule ein Rückstrom, der mit seinem zunehmenden Magnetfeld zu einem bestimmten Zeitpunkt die Restmagnetisierung der Pole ausgleicht, d. h. Der gesamte magnetische Fluss unterhalb der Pole ist Null. In diesem Fall ist es zur Erregung des Generators erforderlich, die Magnetisierungsspule vorübergehend an eine unabhängige Gleichstromquelle anzuschließen.
Ventilschweißgeneratoren
Schweißgeneratoren dieser Art erschienen Mitte der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts nach der Entwicklung der Produktion von Leistungs-Siliziumventilen. Bei diesen Generatoren übernimmt anstelle des Kollektors die Funktion der Stromkorrektur ein Halbleitergleichrichter, dem die Wechselspannung des Generators zugeführt wird.
In Schweißanlagen werden Generatoren in drei Arten von Generatorkonstruktionen verwendet: Induktor, Synchron und Asynchron. In Russland werden Schweißgeräte mit selbsterregenden, unabhängig erregten und gemischtinduktionserregenden Generatoren hergestellt.
Reis. 3. Schema eines Ventilgenerators mit Selbsterregung
Bei einem Induktorgenerator wird die stationäre Feldspule mit Gleichstrom versorgt, der von ihr erzeugte magnetische Fluss ist jedoch veränderlicher Natur. Sie ist maximal, wenn Rotor- und Statorzähne zusammenfallen, wenn der magnetische Widerstand im Flusspfad minimal ist, und minimal, wenn Rotor- und Statorhohlräume zusammenfallen. Daher ist auch die durch diesen Fluss induzierte EMK variabel.
Auf dem Stator befinden sich drei um 120° versetzte Arbeitswicklungen, sodass am Ausgang des Generators eine dreiphasige Wechselspannung erzeugt wird. Die fallende Charakteristik des Generators wird durch den großen induktiven Widerstand des Generators selbst erreicht. Der Rheostat im Erregerkreis dient zur stufenlosen Regelung des Schweißstroms.
Das Fehlen von Schleifkontakten (zwischen den Bürsten und dem Kollektor) macht diesen Generator zuverlässiger im Betrieb. Darüber hinaus hat er einen höheren Wirkungsgrad, weniger Gewicht und geringere Abmessungen als der Kollektorgenerator.
Reis. 4. Schematische Darstellung eines Ventilschweißgenerators vom Typ GD-312 mit Selbsterregung
Um den Leerlaufbetrieb zu gewährleisten, wird die Erregerspule von einem Spannungswandler und im Kurzschlussbetrieb von einem Stromwandler versorgt. Im Lastmodus – Schweißen – wird an die Erregerspule ein gemischtes Steuersignal angelegt, das proportional zum Teil der Ausgangsspannung und proportional zum Strom ist. Ventilgeneratoren werden unter der Marke GD-312 hergestellt und zum manuellen Metallschweißen als Teil von ADB-Blöcken verwendet.
Reis. 5. Schematische Darstellung des Schweißgenerators GD-4006
In Russland werden mehrere Ausführungen von Multipositionseinheiten mit einer Positionszahl von 2x bis 4x hergestellt. Für verschiedene Schweißverfahren bzw. Schweiß- und Plasmaschneidverfahren sind Universalgeräte auf dem Markt. Insbesondere das ADDU-4001PR-Modul.
Die Bildung einer künstlichen VSH-Einheit ADDU-4001PR erfolgt durch ein Thyristor-Netzteil mit Mikroprozessorsteuerung. Größere technologische Möglichkeiten ergeben sich durch den Einsatz von Wechselrichter-Leistungseinheiten in Geräten, wie beispielsweise im Vantage 500-Gerät.