Măsurarea parametrilor în vederea trasării caracteristicilor,în cazul sudării în curent continuu, la utilizarea

convertizorului de sudare CS-350

1. GeneralităţiMetoda de sudare utilizând convertizorul de sudare este o metodă de sudare

prin topire cu arc electric în curent continuu.Arcul electric obţinut prin descărcarea electrică, ce se produce in gazul

dintre doi electrozi, ionizează spaţiul fiind însoţit şi de alte fenomene precum: excitarea atomilor, recombinarea ionilor cu electronii, astfel încât arcul degajă o mare cantitate de căldură şi lumină.

În curent continuu legarea directă la sursă se face astfel: piesa la anod (+), iar electrodul (sârma) la catod (-). Odată cu scurtcircuitarea acestora apare un curent de scurtcircuit (Isc) care,din cauza rezistenţei de contact mare, topeşte local materialul, iar odată cu ridicarea electrodului de pe piesă se formează arcul.

Pentru menţinerea arcului este necesar ca parametrii acestuia şi anume: tensiunea arcului ( Ua), curentul prin arc (Ia) şi lungimea arcului ( La), să aibă valori corespunzătoare.

Tensiunea Ua, se împarte, pe lungimea La, în trei zone: zona catodică, zona din coloana arcului şi zona anodică, zone care au caracteristici bine stabilite.

Legătura dintre parametrii U a , Ia şi La ne dă caracteristica statică a arcului.

2. Scopul lucrăriiLucrarea urmăreşte studierea elementelor componente a le schemei electrice

de măsurare, cunoaşterea principiilor de funcţionare ale convertizorului de sudare, a metodei de măsurare a parametrilor electrici în vederea ridicării curbelor caracteristice la sudarea în c. c.

3. Problemele de studiat3.1. Se vor studia construcţia convertizorului şi principiul lui de funcţionare.3.2. Se vor ridica experimental caracteristicile externe U= f(Ia) pentru cele

patru poziţiiale comutatorului CC şi două poziţii ale reostatului RT.

4. Descrierea părţilor constructive si principiului de funcţionare pentruconvertizorul de sudare CS-350

Pentru sudarea manuală în c.c. sunt realizate în ţara noastră convertizoarele CS, (convertizoare pentru sudare cu caracteristică coborâtoare de c.c., generator cu excitaţie separată şi serie antagonistă) echipate cu generatoare de tip GESSA.

Grupurile convertizoare de sudare sunt formate dintr-un motor electric asincron şi un generator de c.c. de construcţie specială.

Caracteristica externă, în general coborâtoare, reprezintă dependenţa U=f(Ia) exprimată prin relaţia:

U=E-IaR=CΦ-IaR, (4.1)în care:

1

U = tensiunea la bornele generatorului;E = t.e.m. indusă în rotor;C=constanta generatorului;Φ = fluxul de excitaţie;

Ia = curentul de sarcină;R = rezistenţa rotorului.Pentru a asigura aspectul coborâtor al caracteristicii trebuie ca fluxul Φ să scadă

odată cu creşterea curentului Ia. Scăderea fluxului se realizează şi prin montarea pe polii generatorului a unui bobinaj demagnetizant, în serie cu circuitul de sudare.

Alimentarea înfăşurării de excitaţie se poate face de la o sursă separată, în care caz, se obţin generatoarele de t ip GESSA, adică generatoare cu excitaţie separată şi seria antagonistă.

4.1. Construcţia convertizorului pentru sudareConvertizorul este format din următoarele părţi principale:- un generator de c.c. pentru sudură,- un motor asincron pentru antrenare;- un tablou de comandă, supraveghere şi protecţie.Caracteristicile tehnice ale convertizorului (pentru generator şi motor) sunt

prezentate în continuare.a) Generator

Curentul nominal de sudare şi tensiunile de lucru corespunzătoare, pentru diferite durate relative, sunt prezentate în tabelul 4.1:

Tabelul 4.1 Curentului de sudare şi tensiunea de lucru pentru diferite durate relativeDurata activă DA % 35 55 70 100

Curentul de sudare la (A) 370 330 280 245

Tensiunea de lucru U (V) 34 32 30 28

Domeniul de reglare al curentului de sudură este de la 50A şi 22V la 370A şi 34V.Tensiunea de mers în gol este de 65V.Clasele de izolaţie pentru stator şi rotor sunt E şi respectiv B.

b) Motor Caracteristicile motorului sunt prezentate în tabelul 4.2.

Tabelul 4.2. Caracteristicile motoruluiPuterea (k\V) 14Tensiunea (V) 22 380 440 500Frecvenţii (Hz) 50Curentul nominal (A) 49.7 37.8 34,9 22.3

Curentul maxim (A) 65 38.6 32,5 30

Randamentul 0,86 0.9 0.86 0.75Factorul ele putere 0.86 0.9 0,86 0.75Viteza de rotaţie (rot/min) 1450Clasa de izolaţie E

Generatorul de c.c. are excitaţie separată şi serie antagonistă, cu patru poli principali şi patru poli auxiliari, înfăşurarea de excitaţie separată este aşezată pe doi poli principali diametral opuşi, ia r pe cei a l ţ i doi este dispusă înfăşurarea serie antagonistă. Polii auxiliari servesc pentru comutaţie.

2

Datorită reacţiei indusului (fără a funcţiona înfăşurarea serie antagonistă) generatorul are caracteristica statică coborâtoare.

Cu ajutorul excitaţiei antagoniste se obţin caracteristici statice coborâtoare mai bune.

4.2. Principiul de funcţionareSchema de principiu a generatorului convertizorului CS-350 este dată in figura 4.1.

Fig. 4.1. Schema generatorului GESSA

Simbolurile din figura 4.1. au următoarele semnificaţii:Wm=numărul de spire al infaşurării de magnetizare pentru excitaţia separată,

alimentată cu tensiunea continuă U0; Im=curentul de magnetizare (de excitaţie), care se poate regla cu rezistenţa

variabilă Rm şi care va da fluxul de excitaţie Φm;Wd=numărul de spire al înfăşurării de demagnetizare, în serie cu sarcina (arcul),

prin care trece curentul Ia creând fluxul demagnetizant Φd. Rezultă un flux în maşină egal cu diferenţa fluxurilor Φm şi Φd :

Φ=Φm-Φd (4.2)Valorile parametrilor Ua şi Ia pentru diferitele regimuri de funcţionare ale

generatorului sunt:a)la mersul în golLa mersul în gol al generatorului (Ia=0), iar tensiunea la borne este:U0=CΦm=CWmIm, (4.3)

în care:C=constanta maşinii.b) la mersul în sarcină

3

În acest caz indusul va fi parcurs de curentul de sudare Ia, care va crea în înfăşurarea de demagnetizare Wd, legată în serie cu circuitul de sarcină, un flux demagnetizat Φd, de sens contrar cu fluxul de excitaţie Φm.

Fluxul rezultat în maşină va fi:

Φ=Φm-Φd=WmIm-WdIa (4.4)

Neglijând influenţa reacţiei indusului şi ţinând seama de căderea de tensiune în înfăşurarea rotorului Ia Rg, tensiunea la bornele a, b ale generatorului va fi:

Ua = Ug = CΦ- Ia (Rg + Re )= U0 – Ia (Rg + Re) (4.5)

Re = este rezistenţa echivalentă a circuitului de demagnetizară.

Dependenţa:

Ua = f (Ia) scrisă deci sub forma:

Ua = U0 -Ia (Rg-Re), (4.6)

este caracteristică externă a convertizorului.Din relaţia 4.6 rezultă valoarea curentului:

(4.7)

ce poate fi reglată modificând rezistenţa R e, respectiv numărul de spire Wd al înfăşurării de demagnetizară, care este prevăzută cu mai multe trepte.

c) la scurtcircuit (amorsare)

Ua =0, şi deci:

(4.8)

Din relaţiile 4.7 şi 4.8 rezultă metodele de variaţie a curentului Ia la generatoa-

rele GESSA:- variind pe U0 = CWmlm, deci pe lm, prin intermediul rezistenţei Rm (fig. 4.2.a);

- variind pe Re, prin modificarea lui Wd (constructiv executând o serie de

prize pe înfăşurarea Wd), figura 4.2.b;-ambele variaţii, U0 şi Re (fig. 4.2.c).

în care:

4

5

4.3. Reglarea curentului de sudareGeneratorul are patru domenii de reglaj (fig. 4.3) al curentului de lucru (de sudare),

realizate prin modificarea numărului de spire al înfăşurării serie antagoniste, prevăzută, în acest scop, cu patru prize de derivaţie, selectate cu comutatorul de comandă CC (fig. 4.4 anexată la lucrare).

In cadrul fiecărui domeniu de reglaj, curentul de sudare poate fi modificat acţionând asupra reostatului RT (fig. 4.4), din circuitul excitaţiei separate.

Domeniul de curent maxim se obţine pentru înfăşurarea serie antagonista scoasă din circuit. In acest caz, caracteristica externă are formă coborâtoare datorită efectului reacţiei indusului.

Pentru celelalte trepte, forma coborâtoare a caracteristicii externe se obţine ca urinare a acţiunii înfăşurării serie antagonistă.

4.4. Funcţionarea convertizorului pentru sudareConform figurii 4.4, care prezintă schema de principiu a înfăşurării generatorului şi a

părţii de reglare şi măsurare, înfăşurarea excitaţiei separate se alimentează, prin siguranţele S), 82, de la priza executată în acest sens, în înfăşurarea motorului electric de antrenare (se obţine tensiunea de 90V c.a. indiferent de tensiunea de alimentare a motorului).

În circuitul acestei înfăşurări este introdus un amplificator magnetic AM, cu ieşire în c.c. (prin redresorul REAM) cu ajutorul căruia se execută şi reglarea continuă a curentului de excitaţie.

Transformatorul TP (90V/12V) alimentează înfăşurarea de polarizare IP a AM prin redresorul REP şi rezistenţa de ajustare RAP, iar transformatorul TC (90Y'I2V) alimentează înfăşurarea de comandă a AM prin redresorul REC, rezistenţa ajustare RAC şi potenţiometrul de reglaj fin RT (sau de la distanţa RD cu priza aferentă, ce se găseşte pe convertizor PR),

Butonul 8X3 serveşte pentru comutarea comenzii, în vederea reglării continue a curentului de excitaţie cu potenţiometrul RT sau cu potenţiometrul RD, ce permite reglarea de Ia distanţă

Pentru protecţia la mersul în gol a generatorului este prevăzută, în circuitul de sudare, o bobină cu saturaţie variabilă BSV premagnetizată de curentul de sudare l a. La funcţionarea în sarcină a generatorului, bobina BSV este puternic saturată şi impedanţa ei fiind neglijabilă nu afectează, în acest caz, valoarea tensiunii U a. La funcţionarea în gol a generatorului, impedanţa bobinei BSV creşte foarte mult, iar curentul de comandă a! amplificatorului AM scade Ia o valoare foarte mică si odată cu el curentul de excitaţie l m , fluxul Φm şi deci tensiunea la mers în gol U0.

Când sudarea se face cu un automat de sudare, pentru comanda curentului de excitaţie al generatorului se acţionează butonul BT1, scoţând BSV din circuit şi conectând întreruptorul automatului de sudare la PA. In caz contrar, reglarea curentului se face în mod continuu cu rezistenţa RT sau prin comutarea butonului BT3 cu rezistenţa de la distanţă RD.

Butonul comun BT2 serveşte la introducerea în circuit a voltmetrului V şi ampermetrului A, pentru măsurarea tensiunii şi curentului de sudare, numai când este nevoie, pentru a nu fi uzate.

Inversarea polarităţii generatorului se face prin comutatorul de inversare CI, concomitent cu conexiunile la aparatele de măsură, fiind protejat de şuntul SA.

Motorul de antrenare este asincron trifazat, cu rotorul în scurtcircuit. Fazele înfăşurării statorice sunt compuse din câte două căi de curent, i a r capetele de bobine sunt scoase la o placă de borne PBM. Prin conectarea bobinelor în seric sau în paralel motorul poate funcţiona alimentat cu tensiuni de 220, 380, 440 si 500V. Modificarea conexiunilor se face prin schimbarea baretelor de legătură pe placa de

6

borne a motorului PBM.Una din fazele statorului funcţionează şi ca autotransformator, obţinându-se la

bornele secundarului acestuia o tensiune monofazată de circa 90V, indiferent de tensiunea trifazată de alimentare.

Pornirea motorului se face cu comutatorul stea-triunghi CST.La placa de borne a generatorului PBG sunt legate rezistenţa RG (pentru protecţia

la autoinducţie) şi şuntul SA.

5. Modul de lucruPentru ridicarea experimentală a caracteristicilor externe U = f(la) se va utiliza

montajul din figura 4.5.In acest caz se procedează astfel:- se fixează RT pe poziţia minimă sau maximă;- cu comutatorul de comandă CC se selectează unul din cele patru domenii de reglaj;- se scot. complet din lichid, electrozii reostatului Rs;- se introduc în circuit, cu butonul BT2, voltmetrul V şi ampermetrul A;- se închide K şi se citeşte valoarea tensiunii de mers în gol, la voltmetrul V;- se manevrează reostatul de sarcină R. pentru a obţine diverse valori ale curentului

la şi se citesc indicaţiile la aparatele V şi A.Pentru o poziţie dată (din cele două) a potenţiometrului de reglaj fin RT, aceste

activităţi se parcurg pentru fiecare din cele pătai domenii de reglaj ale lui Wd.

Fig. 4.5. Schema de electrică pentru ridicarea caracteristicilor externe ale convertizorului pentru sudare CS-350:

K - întrerupător; M - motor; G - generator; Wa - înfăşurare de

demagnetizare; Wm - înfăşurare de excitaţie; RT - potenţiometru de reglaj fin;

V- voltmetru; A - ampermetru; R - reostat de sarcină

6. Rezultate şi concluziiRezultatele experimentale obţinute la activităţile de la paragraful 5 se vor trece

7

în tabelul 4.3.

Tabelul 4.3. Rezultatele la încercarea pentru trasarea caracteristicilor externe

RT minimunim

RT maximlaxiDomeniul

de reglaj Nr. citiri I(A)

U (V)

I(A)

U (V)

I 1 0 42 50 24

II 1 0 60 88 36,5

III 1 0 44 100 42,5

IV 1 0 60,2 100 58,4

I. Înfăşurarea seriei antagoniste introdusă complet în circuit şi reglajul fin pe poziţia minimă. II. Înfăşurarea seriei antagoniste introdusă complet în circuit şi reglajul fin pe poziţia maximă. III. Înfăşurarea seriei antagoniste scoasă complet din circuit şi reglajul fin pe poziţia minimă. IV. Înfăşurarea seriei antagoniste scoasă complet din circuit şi reglajul fin pe poziţia maximă.

7. Măsuri de protecţia munciiPe lângă măsurile generale de protecţia muncii cl in cadrul laboratorului se vor mai avea

în vedere următoarele:7.1, Se va verifica, înainte de fiecare folosire a convertizorului, cordonul de conectare

la tensiunea de 3 80V de la reţea.7.2. înainte de orice modificare făcută în schema de lucru din figura 4.5 se

întrerup alimentarea de la reţea, prin deschiderea întreruptorului K şi scoaterea ştekerului cordonului de legătură din priză.

8