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直流弧焊发电机的安装、使用与维修
3.1 直流弧焊发电机的特点和分类
3.1.1 直流弧焊发电机的特点
旋转直流弧焊发电机，一般是指使用涂料焊条，以直流弧焊发电机为电源，并配有焊钳等辅助工具的电弧焊机。由一特殊直流发电机、调节装置和指示装置等组成。所谓特殊的直流发电机，即除了可以产生直流电之外，还必须具有能满足焊接工艺要求性能，如具有下降外特性或平特性，焊接电流可在较大范围内均匀调节。具有适当的空载电压以及良好的动特性等。
直流弧焊发电机与弧焊整流器比较，具有过载能力强。小电流焊接时规范比较稳定，输出电流脉动小。焊接飞溅小。受电网电压波动影响小等优点。但其加工工艺复杂，噪声大，空载损耗大，效率低，价格高。
驱动直流弧焊发电机的原动机为三相异步电动机或柴(汽)油发动机。前者被称为电动机驱动直流弧焊机发电机，后者被称为内燃机驱动直流弧焊发电机。
内燃机驱动的直流弧焊发电机一般用在野外无电源地区，是野外焊接施工中一种不可缺少的设备。电动机驱动的直流弧焊发电机则一般用于有电源的场合。由于它的技术经济指示较低，已被弧焊整流器代替。由于目前该机仍有极少数单位使用，故本章将重点介绍直流弧焊发电机的原理、使用和维修。对于内燃机驱动的直流弧焊发电机的使用亦有所裨益。
3.1.2 直流弧焊发电机的分类和适用范围
直流弧焊发电机，可以按发电机的外特性分为平特性和下降特性2种。根据其获得所需外特性的方法，又可分为差复激式、加复激式、裂极式和换向极式4种。
a.差复激式弧焊发电机。
它采用他激或并激绕组激磁。串联去磁绕组去磁。它的工作磁通是他激(或并激)激磁磁通与串激去磁磁通之差，所以称为差复激式弧焊发电机。它的下降特性是靠串联去磁绕组的去磁作用而获得的。
此类焊机又可分为：
① 三电刷差复激式。
由并激绕组产生激磁磁通。如ax1—165型，ax1—500型等。
② 他激差复激式(包括电流反馈式)。
由他激绕组产生激磁磁通。如ax7—500型，ax9—3oo型，ax9—5oo型等。
这类焊机构造较复杂，体积大，电弧稳定性也较差，主要用作手工弧焊电源，也可以作为埋弧自动和半自动焊电源或co2气体保护焊电源。
b.加复激式弧焊发电机。
它采用并激激磁绕组激磁，串激激磁绕组加磁，外特性为平特性，主要作为co
气体保护焊、等速送丝的自动、半自动焊以及多站式手工电弧焊的电源。如ap一1000型，ap1—350型等。
c.裂极式弧焊发电机。
它采用并激绕组激磁，依靠电枢反应获得下降的外特性。它没有串联的去磁绕组，不需要用另外的激磁装置，比ax1系列等老式焊机结构简单、质量轻，是目前在手工电弧焊中应用比较普遍的一种直流电源。此类产品有ax一320型等。
d.换向极式弧焊发电机。
由他激激磁绕组激磁，依靠换向极和电枢反应的去磁作用获得下降外特性。这类焊机的动特性较好，电流调节范围大。由于提高了电动机的转速和采用了较高的绝缘材料等级，节省了很多材料(铜、铁等)，因此也比较轻便。其用途主要是作为手工弧焊电源，也可以用作埋弧自动和半自动焊电源。如ax3—3oo型，ax3—5oo型，ax4—30o型等。
3.2 电动机驱动直流弧焊发电机的安装和使用
3.2.1 电动机驱动直流弧焊发电机的安装
a.动力线、开关和熔断器的选择。
电动机驱动直流弧焊发电机通常由三相异步电动机驱动，因此，应按三相电动机的额定容量来选择动力线、开关及熔断器等。
① 动力线及熔断器的选择。
动力线应选yhc型带有接地线的三芯重型橡套电缆，其标称截面积应根据电动机的额定电流选择。常用的电动机驱动直流弧焊发电机动力线可参照表3—1选择。
三相异步电动机电流很大，一般为额定电流的4-7倍。因此，电动机驱动直流弧焊发电机的熔断器及熔丝不能按电动机的额定电流来选择，否则，焊机起动时会烧断熔丝。熔断器和熔丝的额定电流应为电动机额定电流的1.5-2.5倍。常用直流弧焊发电机的熔断器可参照表3—1选择。
② 开关的选择。
电动机驱动的直流弧焊发电机从开始到等速运转的过程，称为起动过程。此过程虽很短，但由于电动机起动电流大，会引起电网电压瞬时下降而影响同一线路上其他用电器的正常工作。为避免出现这种情况，除小容量的直流弧焊电动发电机采用直接起动之外，其余的往往采用特殊的起动方法，如y-△起动、自耦起动等，目的是减小起动电流。
直接起动，设备简单，操作容易，但受焊机容量及电网容量的限制。如果能满足下式：
则可采用直接起动，否则应采用其他起动方法。焊机直接起动应采用磁力起动器或自动空气断路器为开关。磁力起动器的接线如图3—1所示。
图中sb1、sb2分别为起动和停止按钮，fr为热继电器，km为接触器。按动sb1，接触器km吸合并自锁，电动机m转动，焊机工作。若要停止焊接，按下sb2，接触器断开，电动机停止转动。采用该起动器不仅对电动机有短路、过载保护作用，而且还有失压保护作用，即在使用过程中若突然停电时，可将电动机与电源切断，起动器恢复到原始状态。当电源恢复供电时，如不重新按动sb1，电动机不能起动，这可避免焊机在无人看管时自行起动而造成事故。可根据电动机容量选择适当的型号，如qc12系列磁力起动器。
ax7—500型、ax5—500型等焊机，电动机容量较大，可采用y-△起动器(有些型号焊机出厂时本身就装有y一△起动器)，该起动器的工作原理如图3—2所示。起动时先将开关k拨到y一侧，使电动机绕组成星形联结，加在每个绕组上的电压降低为直接起动时的l/√3，因而大大减小了起动电流。待电动机转速上升至额定转速后，将k拨到△一侧，使电动机绕组恢复到正常工作状态。
y-△起动器可选择qx1—30型，其接线图及触点接触如图3-3所示。
对于大容量的多站式弧焊发电机(如ap-1000型)。一般采用自耦变压器起动，其工作原理如图3-4所示。将开关拨到起动位置，使电动机的定子绕组接到自耦变压器的二次侧，此时加在定子绕组上的电压小于电网电压，因而减小了起动电流。待电动机转速升高后，再把开关迅速从起动位置拨到运行位置。此时。电动机便直接和电网联接，而自耦变压器则同电网断开。
b.焊机所需电网容量的选择与计算。
焊机接入电网之前，必须对电网容量进行校核，以确定电网容量是否够用。
一般焊机所需电网容量可用下式计算：
例如，有5台300a的焊机，空载电压为80v，实际使用电流为200a，使用率为40%，那么
通过上述计算实例可知，焊机所需电网容量应根据焊机容量、使用率及焊接电流，通过计算确定，而不能简单地将焊机总容量看成是所需电网容量。
上述所需电网容量的计算方法不仅适合直流弧焊电动发电机，也适合于其他弧焊机的安装计算。
c.焊机安装。
图3—5为直流弧焊电动发电机的安装示意图。
在安装直流弧弧焊电动发电机时，其动力线、保护接地线及焊接电缆等的安装都与交流弧焊机基本相同，在这里仅对其特有问题进行介绍。
在安装前，对新焊机或搁置已久的焊机应进行绝缘检查。一般整个焊机的绝缘电阻应在0.5mω以上，如低于该值，应对焊机进行干燥处理。
焊机的电刷架及电刷在安装前应作重点检查。固定式电刷架应在规定位置紧固好，电刷架位置可调的焊机也在所调位紧固。对电刷应逐一进行检查。检查内容包括：弹簧压板是否压在电刷上，电刷是否因磨损而过短，电刷和换向器表面是否有损坏现象等。如发现异常应及时排除。
直流弧焊电动发电机在接人三相电网之前，应根据电网电压和焊机铭牌规定，将电动机接成三角形(△)或星形(y)。一般电动机电压为220/380v，我国各厂矿电网的线电压多为380
v，电动机应接成y形;若为220v，则应接成△形。
在安装多台焊机时，要注意不应使之接成多台串联。焊机安装完毕后，应检查开关及全部接线，以确保连接可靠，直流输出端无短接。这时，方可起动焊机，从换向器一端观察其转动方向是否与规定方向一致，如不一致，将任意两条动力线对调即可。随后应检查焊机输出端是否有正常空载电压，其极性是否与焊机极性标志一致。
上述各项检查均无误，即可交付使用。
3.2.2 直流弧焊电动发电机的使用
a.使用要点。
直流弧焊电动发电机的使用方法比较简单，但应注意以下几点：
①
带有y-△起动器或自耦变压器起动器的焊机，使用时应熟悉起动器的使用方法。使用y-△起动器时，应先将手柄推到y位置，待焊机转速上升到额定转速时，再将手柄推到△处，而不应将手柄一次推到△
位置，否则将失去y-△起动器的作用。自耦变压器的起动也应如此，不可操作过急，以免造成事故。另外还必须注意，开关在y位置时不可焊接，一定要推至△位置后方可施焊，否则会烧坏电动机或自耦变压器。
② 焊机起动后，粗调电流和转换极性均应在空载情况下进行。在使用中，要经常注意焊机的震动、声音、电刷火花等，发现异常情况，应及时停机维修。
③
在焊机使用中，不应随意变动电刷架的位置。当使用依靠调节电刷架位置进行粗调电流的焊机时，在电流粗调后也应将电刷架紧固螺丝拧紧，否则会造成输出电流不稳定。在细调焊接电流时，应注意旋转可调电阻器不要用力过猛，尤其是转到极限位置时，不应再强力旋转，以免损坏可调电阻器。
④
直流弧焊电动发电机机身震动，是由于高速旋转的电枢平衡不良产生的。焊机震动时，容易造成种种机械事故和电气事故，如电刷破裂、刷握断裂、他激整流二极管联线断开、发电机定子线圈固定销钉断裂等故障。焊机震动与焊机出厂时的动平衡调试、使用过程中轴承的磨损程度等因素有关。在使用过程中，如果焊机震动严重，应首先检查焊机轴承的磨损情况，若发现轴承磨损严重时，应予更换。另外，在车削换向器时，必须将发电机转子找正，车刀对准中心线，防止因车偏使转子偏心而增加焊机震动。另外，将焊机铁轮换成橡胶轮，或在铁轮下垫一厚橡胶板，也可以起到较好的减震作用。
b.改善动特性的措施。
ax1—500型等焊机在小电流焊接时，动特性差，电弧不稳定，一般可串接镇定变阻器以改善动特性，其联结方法如图3—6a所示。
串接电阻器改善动特性的原理见图3—6b。未串接电阻器时，焊接电流为ih，焊机外特性曲线为ok1。
焊接时工作点为a，电弧电压为uh。当焊机因熔滴过渡而短路时，焊机输出电压u趋于零。熔滴过渡后，由于u的恢复时间长，不能立即使电弧引燃，因而产生断弧或电弧不稳定现象。在串接镇定变阻器后，为了保证得到同样的焊接电流ih，就必须把焊机的外特性曲线调到ok2。这时，焊接电流仍为ih，但焊机工作点上升至b，焊接电压仍为uh，即变阻器上电压降为ur。如果焊机因熔滴过渡或引弧而短路时，电阻尺上的电压降为ur'，因此焊机输出电压在短路时并不为零，而是ur'。在熔滴过渡后，焊机由短路过渡到空载的瞬间，尽管焊机输出电压恢复时间长，但由于变阻器尺无电磁惯性，焊机输出端电ur'立即加到焊条和工件之间，使电弧迅速引燃，从而改善了直流弧焊发电机的动特性。当然，用上述方法有一个严重的缺点，就是串联电阻后，要白白消耗大量电能，这是很不经济的。另外，500a级的电源一般也不宜用于手工焊，所以本方法只是在必须用大电源作小电流焊接时，在不得已的情况下才推荐使用。
c.电流表和电压表的装接方法。
焊接电流是主要的焊接规范参数，尤其是在焊接不锈钢等高合金钢时，更要严格控制。因此，有时需要在焊机上装接电流表和电压表。
在安装电流表之前，必须根据焊机种类及焊接电流大小正确选择电流表和分流器。如焊机为300a级的，要选择量程略大于300a的直流电流表。量程若选得过大，测量误差大;若量程选得过小，则无法测量超出电流表量程的焊接电流，甚至还会把电流表烧坏。电流表和电压表的装接如图3—7所示，把电流表与分流器并接后再串联在焊接回路中，并且要注意使电流表和焊机极性一致。
电压表一般选择量程为100v左右的直流电压表，同极性地并联在焊接回路中即可。
3.3 电动机驱动直流弧焊发电机常见故障修理与调试
国内和国外生产电动机驱动直流弧焊发电机(以下简称发电机)品种规格多，结构复杂，主要由异步电动机、弧焊发电机、控制箱以及其他机械装置组成。为了提高对发电机的维修能力，现将常见的故障检查，修理及调试方法介绍如下。
3.3.1 三相异步电动机部分
异步电动机是发电机的原动机。一但发生故障就不能保证发电机正常工作，甚至烧坏电动机绕组。常见的故障如下。
a.对具有三相y/△起动开关或磁力起动器起动的发电机，当发现不能起动或转速过慢，一般是由于缺相所致。应检查：
① 进线三相电源，包括熔断器的熔丝有否断路或线路接触不良。
② y/△起动开关在y和△时触头接触不良，磁力起动器触头接触不良。
③ 电动机引出线或内部线圈断路。
按以上次序逐一检查。采用电压表，钳形电流表测量其电压或电流，确定其断路相。也可用万用表的电阻档测量三相电阻值，所断相的电阻就显得很大。
b.具有y/△起动开关的焊机，y 时不能起动，△时能起动，或y时能正常起动，而转到△时转速反而明显下降。
①y时不能起动，△时工作正常，一是由于本身电动机起动性能差，二是电网电压太低，三是y/△起动开关y时触头接触不良。
②y时能起动，△时不能起动，主要是由于△时触头接触不良。
检查y/△起动开关的方法：顺时针拨向y或△位置，然后轻轻向反时针方向拉一定角度，手松后触头能自由闭合无缝隙，说明开关是正常的，否则，开关存在故障，需修理或更换。
c.焊接时，转速明显下降，带不起负载(电源和隔离开关等回路都正常的情况下)，一是电动机转子断条所引起的，需要更换转子。二是电源电压太低(低于340v)或与电源线太细太长等有关，应该设法改善条件。
d.电动机绕组温度过高及产生的原因。
① 超过铭牌所规定的技术条件使用，如焊接电流过大或超过额定负载持续率情况下使用。
② 电源电压低，在保证输出电流定值的情况下，电压越低，电动机的输入电流越大，再加之转速下降，通风条件变差，造成绕组温度过高。
③ 电源电压过高，由于磁路趋于饱和，使输入电流增加，会引起绕组温度过高。
④ 缺相运行，三相电流严重不平衡，焊接时转速明显下降，绕组温度剧增，这种情况需及时停机检查。
⑤ 由于轴承坏或转轴弯曲引起定转子间有磨擦等原因，造成电动机温度过高。
随着国内的绝缘材料性能不断提高，一般都选用e级或b级绝缘。加之标准规定最高环境温度为40℃，故e级的工作温度容许为l15℃，b级容许温度为120℃。超过以上温度就不能长期工作。因此要针对产生的故障原因进行处理。对由于电源电压低引起输入电流过载情况下仍需运行施焊时，可以采用降低负载持续率的办法解决。
e.局部绕组或全部绕组烧坏的修理。
①
由于匝间短路或接地等原因造成绕组局部烧坏，其他绕组良好，为了减少修理费用，可以将烧坏的绕组拆除，用相同规格的导线及匝数嵌接在相应的槽子里(也可以用串匝的办法)来解决。
② 全部绕组损坏修理和绝缘处理参照电动机修理方法进行。
由于发电机的结构形式不一样，如ax-190，ax-250，ax-400型和ax3-300型(旧型号为ag-300)等是利用电动机其中一相绕组的抽头作为弧焊发电机他激绕组的激磁电源。因此内部接线和外部引出线d1～d6编号都不能接错，否则会造成抽头电压太高，将硅整流器组烧坏。对该类焊机应注意下列几点：
内部绕组之间连接，抽头应靠近引出线一端，接线如图3—8所示：
d1～d6接线端的确定，一般焊机选用抽头与d6间作为整流器组的电源。正确选定d1～d6的步骤是：将6根引出线接好接线端(以下简称端子)，而未捆扎前，可在铜接头上套上胶管，打上正确的编号d1～d6，接线方法和编号如图3-9。
对已捆扎好的端子d1～d6的确定方法：
1)先用三用表分别测量出三相绕组;
2)在有抽头的相绕组中，用电阻法或电压降法，将抽头与出线端电阻值小的或电压低的出线端定为d6，则另一端为d3;
3)另两相d1、d2、d3、d4 、d5端子确定，可以通交流24v以下低电压感应法进行。
将24v电压接于d3、d6两端，再将另两相任意一端相接，另一端互相碰触，如果无火花，说明两相端子是同极性的，如有火花应将其中一相端子对调，按上述条件试验证实一下，做好极性标记，而后其中任意一相通电，将另一相的1个端子与d6端子相连，另一端d3相碰如果无火花，即证明该端子是与d6相接的，为同极性端子，d5(或d4)与第1次试验的另一相的端子定为d4(或d5)，各相相对应的端子为d1、d2。操作如图3—10所示。
③ 三相6个端子d1～d6接成△简易方法，将6个端子分成3组，两端子编号之和为6、7、8即可，如图3-11所示。
3.3.2 弧焊发电机部分
a.不发电或电压低现象和检查。
发电机品种很多，结构和工作原理也不相同，现将以往产量较多的差复激直焊机，如三电刷式ax-165型(旧型号ab-165)，axl-500型(旧型号ab-500);他激差复激式ax-160，ax-250，ax-400型;三电刷裂极式ax-320型(旧型号at-32o)和他并加复激式ax3-300型(旧型号ag-300)，现以ax3-300型直焊机为例，对该焊机他激并激串激绕组结构作重点介绍。
故障现象
① 输出电压只有几v或ov，电压时有时无。
②ax-320型有一固定电压，调节电流的变阻器不起作用，或调到某一位置后电压又恢复到原来的电压。
③ 全他激式直焊机，如ax-160，ax-250，ax-4oo型等，空载电压为ov或起始有空载电压，调节到某位置时电压又下降为ov。
极性开关不能改变输出电流极性。
④ 空载电压达不到铭牌上所规定的技术数据。
⑤ ax3-300型发电机表现为：
大档时，空载电压只有2ov左右，小档时只有l2v左右;
大档时，空载电压只有50v左右，小档时只有42v左右：
大档时，最大空载电压达不到66v;
小档时，空载电压达不到55v。
故障的分析及处理方法
① 空载电压几v或ov。
1)空载电压几v，只是由于剩磁作用发电，激磁绕组不起作用，检查激磁绕组以及连线有否断路。
2)空载电压为0v可由以下情况之一而造成的：电枢绕组短路;刷架上连线的交叉处相碰短路;连接线处螺钉松动或氧化不导电;三电刷自激式焊机反转后去磁作用，无剩磁所至;
3)电压时有时无，主要是导线连接处接触不良，电枢绕组有轻微短路情况。
4)电刷位置偏离正常位置太多，如ax3-300型由于手轮调节时多转了一转。
ax-300型直焊机，由于电动机旋转方向反转，即空载电压只有7v左右。
②ax-320型发电机，出现一固定电压或可调电阻开始起作用，而后电压又下降至原值。
该型焊机是并激激磁，靠剩磁自激，并激绕组电压由辅助电刷和正极间供给，此电压不变，类似他激性质。它有2个并激绕组，1个分布在4个磁极上，其激磁电流不可调节;另1个分布在2个交极上(上下位置)激磁电流可以通过变阻器进行调节。空载电压不正常有以下情况：
1)调节变阻器空载电压不变。说明不可调激磁绕组工作，可调绕组回路包括绕组、变阻器及连接线断路。
2)随着变阻器调节而空载电压的起始点电压很低，最高电压与铭牌定值差得很多，这说明不可调激磁绕组及回路断路。
3)调节变阻器，其空载电压由起始值逐渐上升，调到某一位置时，电压反而降到起始值，这说明变阻器有断路或动静触头间接接触不良故障。
③
全他激式发电机，激磁电流的电源是由异步电动机l相中抽头或稳压器输出提供的，经二级管桥式整流器整流与极性开关串联可变电阻进行供电的。常见的故障检查方法如下。
1)转换极性开关，若输出端的“正” “负”不能改变，一般是极性开关损坏所引起的。
2)空载电压能调节，但最高空载电压只能达到规定值的50%-60%左右，这是由于激磁电流减小造成的。一般是桥式整流器组中有一桥臂不通，成了半波整流。检查整流组输入的交流电压和输出的直流电压，直流电压为交流电压的0.9倍左右，如测得只有o.45倍左右，即是半波整流。
3)起始电压最初能随变阻器调节变化而增减，但调到某位置时，空载电压突然下降到只有几伏，说明变阻器断路或动触头接触不良。
4)对不限位可调电阻器的焊机，如最高空载电压达不到，与电阻器的动臂触头接触不良有关。如电阻器断路则无空载电压。
5)有稳压器的焊机，稳压器的电容器短路等原因，都会使空载电压降低。
④
ax3-300型直焊机是由1只他激绕组，3只并激绕组和4只串激绕组以及换向极组成的加复激弧焊机发电机。由极性转换开关改变输出极性;大小档选择开关短接或串联激磁回路中的电阻，改变激磁电流达到两档空载电压;靠移动电刷位置，改变电枢反应达到电流细调的目的。