0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Классификация и устройство сварочных трансформаторов

Классификация и устройство сварочных трансформаторов

Классификация и устройство сварочных трансформаторовСварочный трансформатор содержит силовой трансформатор и устройство регулирования сварочного тока.

В сварочных трансформаторах в связи с необходимостью большого сдвига фаз напряжения и тока для обеспечения устойчивого зажигания дуги переменного тока при смене полярности требуется обеспечить увеличенное индуктивное сопротивление вторичной цепи.

С ростом индуктивного сопротивления растет и наклон внешней статической характеристики источника питания сварочной дуги на ее рабочем участке, что обеспечивает получение падающих характеристик в соответствии с требованиями общей устойчивости системы «источник питания – дуга».

сварочный трансформаторВ конструкциях сварочных трансформаторов первой половины 20-го века применялись трансформаторы с нормальным рассеянием магнитного поля в сочетании с отдельным или совмещенным дросселем. Регулирование тока производилось изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя.

В современных сварочных трансформаторах, которые выпускаются с 60-х годов 20-го века эти требо в ания обеспечиваются за счет увеличения рассеяния магнитного поля.

Трансформатор как объект электротехники имеет эквивалентную схему, содержащую активное и индуктивное сопротивление.

Для сварочных трансформаторов, работающих в режиме нагрузки, потребляемая мощность на порядок больше, чем потери холостого хода, поэтому при работе под нагрузкой эту схему можно не учитывать.

Классификация сварочных трансформаторов

Рис. 1. Классификация сварочных трансформаторов

Для типичной схемы трансформатора основные потери магнитного поля на пути от первичной к вторичной обмотке происходят между стержнями магнитопровода.

Управление рассеянием магнитного поля производится изменением геометрии воздушного промежутка между первичной и вторичной обмотками (подвижные обмотки, подвижный шунт), согласованным изменением числа витков первичной и вторичной обмоток, изменением магнитной проницаемости между стержнями магнитопровода (подмагничиваемый шунт) .

При рассмотрении упрощенной схемы трансформатора с разнесенными обмотками можно получить зависимость индукционного сопротивления от основных параметров трансформатора

Rm — cопротивление на пути магнитного потока рассеяния, ε — относительное перемещение обмоток, W- число витков обмоток.

Тогда ток во вторичной цепи:

Диапазон плавного регулирования у современных сварочных трансформаторов: 1:3; 1:4.

У многих сварочных трансформаторов есть ступенчатое регулирование — переключение и первичной и вторичной обмотки на параллельное или последовательное включение.

У современных сварочных трансформаторов для снижения веса и стоимости на ступени больших токов сделано понижение напряжения холостого хода.

Сварчоные т рансформаторы с подвижными обмотками

Устройство сварочного трансформатора с подвижными обмотками

Рис. 2. Устройство сварочного трансформатора с подвижными обмотками: при полностью сдвинутых обмотках сварочный ток максимальный, при раздвинутых — минимальный.

Такая схема используется и в сварочных выпрямителях регулируемых трансформаторов.

Конструкция трансформатора с подвижными обмотками

Рис. 3. Конструкция трансформатора с подвижными обмотками: 1 — ходовой винт, 2 — магнитопровод, 3 — ходовая гайка, 4,5 — вторичная и первичная обмотки, 6 — рукоятка.

Сварочные т рансформаторы с подвижным шунтом

Устройство сварочного трансформатора с подвижным шунтом

Рис. 4. Устройство сварочного трансформатора с подвижным шунтом

Регулирование потока рассеяния магнитного поля в данном случае происходит за счет изменения длины и сечения элементов магнитного пути между стержнями магнитопровода. Т.к. магнитная проницаемость железа на два порядка больше, чем проницаемость воздуха, при движении магнитного шунта меняется магнитное сопротивление потока рассеяния, проходящего по воздуху. При полностью введенном шунте волна потока рассеяния и индуктивное сопротивление определяется воздушными зазорами между магнитопроводом и шунтом.

В настоящее время сварочные трансформаторы по такой схеме выпускаются для промышленных и бытовых целей, и такая схема используется в сварочных выпрямителях регулируемых трансформаторов.

Сварочный трансформатор ТДМ500-С

Сварочный трансформатор ТДМ500-С

Сварочные трансформаторы с секционированными обмотками

Это монтажные и бытовые трансформаторы производства 60, 70, 80 годов.

Имеется несколько ступеней регулирования числа витков первичной и вторичной обмотки.

Сварочные трансформаторы с неподвижным подмагничиваемым шунтом

Устройство сварочного трансформатора с неподвижным магнитным шунтом

Рис. 4. Устройство сварочного трансформатора с неподвижным магнитным шунтом

Для управления используется падающий участок, т.е. работа сердечника шунта в режиме насыщения. Т.к. проходящий через шунт магнитный поток переменный, рабочая точка выбирается так, чтобы не выходить за пределы падающей ветки магнитной проницаемости.

С увеличением насыщения магнитопровода падает магнитная проницаемость шунта, соответственно увеличивается поток рассеяния, индуктивное сопротивление трансформатора и вследствие этого уменьшается сварочный ток.

Поскольку регулирование электрическое, то возможно дистанционное управление источником питания. Другим преимуществом схемы является отсутствие подвижных частей, т.к. управление электромагнитное, это позволяет упростить и облегчить конструкцию мощных трансформаторов. Электромагнитные усилия пропорциональны квадрату тока, поэтому на большом токе проблема с удержанием подвижных частей. Трансформаторы такого типа выпускались в 70-х и 80-х годах 20-го века.

Тиристорные сварочные трансформаторы

Устройство тиристорного сварочного трансформатора

Рис. 5. Устройство тиристорного сварочного трансформатора

Принцип регулирования напряжения и тока тиристорами основан на фазовом сдвиге открытия тиристора в полупериод прямой для него полярности. При этом меняется среднее значение выпрямленного напряжения и, соответственно, тока за полупериод.

Для обеспечения регулирования однофазной сети нужны два встречно включенных тиристора, причем регулирование должно быть симметричным. Тиристорные трансформаторы имеют жесткую внешнюю статическую характеристику, регулирование которой производится по напряжению на выходе с помощью тиристоров.

Тиристоры удобны для регулирования напряжения и тока в цепях переменного напряжения, поскольку закрытие происходит автоматически при смене полярности.

В цепях постоянного тока для закрывания тиристоров обычно используют резонансные схемы с индуктивностью, что сложно и дорого, и ограничивает возможности регулирования.

В схемах тиристорных трансформаторов тиристоры устанавливаются в цепи первичной обмотки по 2-м причинам:

1. Поскольку вторичные токи сварочных источников питания намного больше, чем максимальный ток тиристоров (до 800 А).

2. Более высокий КПД, поскольку потери на падение напряжения на открытых вентилях в первичной цепи относительно рабочего напряжения меньше в несколько раз.

Кроме того, индуктивность трансформатора в данном случае обеспечивает большее сглаживание выпрямленного тока, чем случай установки тиристоров во вторичной цепи.

Все современные трансформаторы для сварки выполняются с алюминиевыми обмотками. Для надежности на концах приварены холодной сваркой медные накладки.

Блок-схема тиристорного трансформатора

Рис. 6. Блок-схема тиристорного трансформатора: Т — понижающий трехфазный трансформатор, КВ — коммутирующие вентили (тиристоры), БФУ — блок фазового управления, БЗ- блок задания.

Диаграмма напряжений

Рис. 7. Диаграмма напряжений: φ — угол (фаза) включения тиристоров.

С 80-х годов основная доля сварочных трансформаторов выполняется на холоднокатаном трансформаторном железе. Это дает в 1,5 раза большую индукцию и меньше вес магнитопровода.

Читайте так же:
Ключ для регулировки форсунок для омывателя стекол

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Трансформаторы сварочные

Сварочный трансформатор предназначен для питания дуги переменным током. Простые в устройстве и обслуживании, надежные в эксплуатации, экономичные в работе сварочные трансформаторы широко применяют при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, механизированной и автоматической сварке под флюсом, при электрошлаковой сварке.

Трансформатор разделяет силовую сеть и сварочную цепь, понижает напряжение сети до напряжения, необходимого для сварки, обеспечивает самостоятельно или в комплекте с дополнительными устройствами начальное и повторное возбуждение и стабильное горение дуги, формирование требуемых внешних характеристик и регулирование силы сварочного тока или напряжения на дуге.

Силовые трансформаторы входят в состав всех сварочных выпрямителей и установок и имеют то же назначение, что и собственно сварочные трансформаторы.

Конструкции сварочных трансформаторов разнообразны. В зависимости от способа формирования внешних характеристик и регулирования режима сварки трансформаторы бывают с механическим и электрическим регулированием.

Трансформаторы для ручной сварки относятся ко второй категории размещения источника тока, то есть предназначены для работы на объектах, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе. Трансформаторы могут работать при температуре окружающего воздуха —45° … +40°С и относительной влажности воздуха не более 80% при +20 °С на высоте не более 1000 м над уровнем моря.

Трансформаторы для автоматической сварки климатического исполнения У имеют 3-ю и 4-ю категории размещения источников и могут работать при температуре воздуха —10° … +40°С.

Принцип действия

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Сварочный трансформатор (рис. 6) имеет стержневой сердечник 2 и смонтированные на нем первичную 1 и вторичную 3 обмотки.

Режим холостого хода трансформатора (рис. 6, а) устанавливают (при разомкнутой цепи вторичной обмотки) в момент подключения первичной обмотки к сети переменного тока с напряжением U1. При этом в первичной обмотке проходит ток I1, который создает в сердечнике переменный магнитный поток Ф1. Этот поток создает во вторичной обмотке переменное напряжение U2. Поскольку цепь вторичной обмотки разомкнута, ток в ней не проходит, и никаких затрат энергии во вторичной цепи нет. Поэтому вторичное напряжение при холостом ходе максимально. Эта величина — напряжение холостого хода.

Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках при холостом ходе (коэффициент трансформации k) равно отношению количества витков первичной W1 и вторичной W2 обмоток. В сварочных трансформаторах сетевое напряжение 220 или 380 В преобразуется в более низкое — 60. 90 В. Такие трансформаторы называются понижающими.

Режим нагрузки (см, рис, 6, б) устанавливают при замыкании цепи вторичной обмотки в момент зажигания дуги. При этом под действием напряжения U2, равном напряжению дуги Uд, во вторичной обмотке сварочной цепи и дуге возникает ток I2. Он создаст в сердечнике переменный магнитный поток, который стремится уменьшить величину магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой. Противодействуя этому, сила тока в первичной обмотке увеличивается. Увеличение силы тока в первичной цепи происходит в соответствии с законом сохранения энергии — потребление энергии от сети первичной обмотки должно быть равно отдаче энергии дуге вторичной обмоткой. Следовательно, понижая с помощью трансформатора напряжение в k раз, во столько же раз увеличивают силу тока во вторичной цепи. Поэтому в сварочных трансформаторах сила вторичного тока в 3—6 раз больше первичного.

Падающая внешняя характеристика получается в сварочном трансформаторе благодаря большому рассеянию магнитного потока. С этой целью первичную и вторичную обмотки располагают на значительном расстоянии друг от друга. При нагрузке (см. рис. 6, б) часть магнитного потока трансформатора замыкается по воздуху, образуя поток рассеяния Фр. Поэтому поток Ф2, пронизывающий вторичную обмотку, при нагрузке меньше, чем поток Ф1, пронизывающий первичную обмотку. Соответственно и напряжение U2, создаваемое потоком Ф2 во вторичной обмотке, уменьшится по сравнению с U, создаваемом при холостом ходе потоком Ф1 на некоторую величину Ер, которую называют ЭДС рассеяния. Таким образом, вторичное напряжение трансформатора снижается из-за потерь на внутреннем сопротивлении (индуктивное сопротивление трансформатора). С увеличением силы тока вторичной обмотки увеличиваются магнитный поток и ЭДС рассеяния. Поэтому с увеличением нагрузки напряжение на выходе трансформатора U2 уменьшается, внешняя характеристика – падающая. Крутизна наклона внешней характеристики тем больше, чем больше индуктивное сопротивление трансформатора.

Силу тока регулируют изменением напряжения холостого хода или индуктивного сопротивления трансформатора (рис. 7).

Напряжение холостого хода трансформатора U=U1W2/W1. Если дугу подключить к крайним контактам вторичной обмотки (см. рис, 7, а), то число витков W2, участвующих в работе, увеличится. При этом увеличится напряжение холостого хода, а следовательно, и сила сварочного тока. Очевидно, что при увеличении числа витков первичной обмотки W1 сила тока уменьшится. Секционированные обмотки позволяют регулировать силу тока только ступенчато. В трансформаторах с подвижными катушками винтовым механизмом 4 плавно регулируют силу тока (см. 7, б), перемещая по сердечнику 3 подвижные обмотки. Если увеличить расстояние между первичной 1 и вторичной 2 обмотками, то возрастут магнитный поток и ЭДС рассеяния, т. е. увеличатся потери энергии внутри трансформатора. Это вызовет уменьшение силы тока. Следовательно, увеличение расстояния между обмотками приводит к увеличению индуктивного сопротивления трансформатора.

Подобным же образом при введении магнитного шунта 5 между обмотками (см, рис. 7, в) уменьшится магнитное сопротивление на пути потока рассеяния, а сам поток увеличится, что приведет к увеличению индуктивного сопротивления трансформатора и уменьшению силы тока. В трансформаторах с подвижными магнитными шунтами, изменяя регулятором 6 положение шунта 5, плавно регулируют силу тока. Силу тока можно регулировать и неподвижным шунтом, подмагничиваемым обмоткой управления постоянного тока. Если увеличить силу тока в обмотке управления, то магнитное сопротивление шунта возрастет. При увеличении магнитного сопротивления шунта поток рассеяния уменьшится, что приведет к увеличению силы сварочного тока. Этот способ плавного регулирования силы тока использован в трансформаторах, регулируемых подмагничиванием шунта.

В тиристорных трансформаторах формирование требуемых внешних характеристик и регулирование режима сварки осуществляется полууправляемыми вентилями — тиристорами, включаемыми встречно — параллельно, и системой управления фазой их включения. Способ фазового регулирования переменного тока основан на преобразовании синусоидального тока в знакопеременные импульсы, амплитуду и длительность которых определяют углом (фазой) включения тиристоров.

Читайте так же:
Для регулировки угла подачи топлива

Как можно регулировать сварочный ток

Сварочные трансформаторы. Источниками питания дуги переменного тока в основном являются сварочные трансформаторы (табл. 1), преобразующие электрический ток одного напряжения в электрический ток другого напряжения. Сварочные трансформаторы представляют собой регулируемое индуктивное сопротивление, необходимое для получения требуемой внешней характеристики, т. е. устойчивого горения сварочной дуги.

Все сварочные трансформаторы должны иметь падающую внешнюю характеристику, напряжение холостого хода не более 70В, возможность препятствовать повышению тока короткого замыкания, плавное регулирование сварочного тока в широких пределах, cos ф минимально необходимо для устойчивого зажиганйя дуги, но в пределах экономической целесообразности.

В настоящее время выпускаются трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием: с подвижными катушками (ТС, ТСК, ТД и ТСП-2), с магнитными шунтами (СТШ), с витковым (ступенчатым) регулированием (ТСП-1).

При нагрузке трансформатора вокруг его обмоток появляются магнитные потоки, проходящие по его сердечнику. Результирующий магнитный поток пронизывает первичную и вторичную обмотки трансформатора. Однако не все магнитные линии потоков проходят через сердечник и обе обмотки трансформатора. Часть из них ответвляется и замыкается через воздух. Эти магнитные потоки называются потоками рассеяния. Следует отметить, что чем больше потоки рассеяния, тем выше индуктивное сопротивление обмоток. Для обеспечения падающей характеристики сварочного трансформатора необходимо повысить индуктивное сопротивление.

Требуемое магнитное рассеяние можно получить увеличением расстояния между обмотками. В этом случае часть магнитного потока минует вторичную обмотку. Чтобы регулировать индуктивное сопротивление и тем самым устанавливать необходимый режим сварки, следует менять расстояние между обмотками, т. е. часть катушек сделать подвижными. Трансформаторы такого типа называются трансформаторами с подвижными катушками.

Трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД являются одно-постовыми. Обмотки их выполнены из алюминия. Сердечник стержневого типа. Катушки вторичной обмотки подвижные и перемещаются вверх и вниз вручную с помощью винта, проходящего через верхнее ярмо. Сварочный ток увеличивается при сближении обмоток и уменьшается при их удалении друг от друга. Трансформаторы ТСК отличаются от ТС наличием конденсаторов, включенных параллельно первичным обмоткам и обеспечивающих повышение коэффициента мощности (cos ф).

Вместо трансформатора ТС и ТСК в настоящее время выпускается улучшенная конструкция типа ТД, у которой меньше масса и габарит, выше технологичность, удобство обслуживания и надежность работы. Уменьшение массы ‘и габарита достигнуто благодаря двухдиапа-зонному плавному регулированию сварочного тока, осуществляемому переключением обмоток и изменением расстояния между ними. Это дает возможность получить два диапазона регулирования (диапазон малых и больших токов). Причем ток внутри каждого диапазона регулируется плавно. При последовательном соединении небольшая часть витков первичной обмотки отключается и напряжение холостого хода повышается. Это благоприятно отражается на стабильности горения дуги при сварке на малых токах.

Для применения на строительно-монтажной площадке разработаны специальные трансформаторы типа ТД-300 и ТД-304. В отличие от обычных они установлены на салазках. ТД-300 — это обычный трансформатор, а ТД-304 имеет устройство для дистанционного регулирования сварочного тока, которое выполняет сварщик с рабочего места по сварочному проводу. Устройство сделано в виде приставки, установленной на крышке трансформатора. В случае необходимости приставку можно снять и использовать трансформатор ТД-304 как обычный.

Для работы в монтажных условиях предназначен и трансформатор ТД-306 (ТСП-2). Сила сварочного тока регулируется изменением индуктивного сопротивления обмоток, достигаемым переключением вторичной обмотки (ступенчатое регулирование) и изменением расстояния между обмотками на каждой ступени (плавное регулирование). Катушки вторичной обмотки трансформа тора переключают перемычкой на клеммной доске.

В трансформаторах типа С‘ГШ потоки рассеяния увеличивают с помощью двух подвижных магнитных шунтов, расположенных в окне магнитопровода. Шунты изготовлены из стали. Абсолютная магнитная проницаемость стали значительно выше, чем воздуха, что способствует увеличению потоков рассеяния. “ Положение шунтов регулируется вручную с помощью винта. При этом, чем больше расстояние между шунтами, тем выше сварочный ток. Катушки вторичной и первичной обмоток трансформатора расположены на двух стержнях магнитопровода, что также увеличивает магнитный поток рассеяния. *

Трансформатор ТД-102 (ТСП-1) с витковым (ступенчатым) регулированием предназначен для работы в монтажных условиях. Уменьшение массы трансформатора достигнуто за счет применения высококачественных материалов: для магнитопровода — холоднокатаная сталь, для обмоток — алюминий с теплостойкой стеклянной изоляцией. Трансформатор не имеет подвижных частей, бесшумен в работе. Обмотка расположена на двух стержнях сердечника: на одном — находится вся первичная обмотка и небольшая часть вторичной, на вторам — основная часть вторичной обмотки. Сварочный ток меняется за счет ступенчатого регулирования магнитной связи обмоток.

Когда сварочная цепь питается от части вторичной обмотки, расположенной на втором стержне, магнитная связь между обеими обмотками минимальная, так как катушки полностью разнесены на разные стержни магнитопровода. Магнитное расстояние в этом случае намного большее. Обмотки можно включить так, чтобы часть витков вторичной обмотки со второго стержня оказалась на первом. Причем число этих витков можно увеличивать ступенями. Тогда магнитная связь между обмотками повысится, а магнитное рассеяние уменьшится. На максимальном токе (160А) трансформатор ТСП-1 может использоваться только для кратковременной работы при ПР = 20%.

Сварочные генераторы повышенной частоты. Для повышения устойчивости горения дуги при сварке тонколистового металла необходимо увеличить напряжение холостого хода транформатора, величина которого ограничивается правилами техники безопасности. Поэтому были созданы источники переменного тока повышенной частоты. В качестве такого источника применяют сварочный преобразователь типа ПС-100-1. Для получения падающей внешней характеристики и регулирования тока в сварочную цепь включен последовательно специальный дроссель РТ-100, выполненный с регулируемым воздушным зазором. Преобразователь ПС-100-i предназначен для сварки металла толщиной до 3 мм переменным током, сила которого 20-115А и частота 480 Гц.

Осцилляторы. Аппарат, питающий сварочную дугу токами высокой частоты и высокого напряжения парал-лельно со сварочным трансформатором, называется осциллятором. Ток высокой частоты и высокого напряжения облегчает зажигание и повышает устойчивость горе-,ия дуги. Осцилляторы применяют при сварке дугой малой мощности, а также при падении напряжения в силовой сети. Они позволяют зажигать дугу даже без прикасания электрода к изделию. Переменный ток высокой частоты не поражает жизненно важных органов человека вследствие явления поверхностного эффекта. Поэтому ток напряжением в несколько тысяч вольт и частотой в сотни и миллионы герц безопасен для человека. Используемые осцилляторы имеют мощность 45— ЮООВт, частоту подводимого к дуге тока 150—260 тыс. герц и напряжение 2—3 тыс. вольт.

Читайте так же:
Как регулировать фары на караване

На рис. 14 представлена простейшая принципиальная схема осциллятора. Трансформатор ПТ заряжает конденсатор С. При достаточно большом напряжении на конденсаторе промежуток между электродами разрядника пробивается и конденсатор разряжается на первичную обмотку трансформатора ВТ. Обмотка представляет собой индуктивность, поэтому в электрической цепи возникают электрические затухающие колебания высокой частоты. Во вторичной обмотке трансформатора ВТ наводится ЭДС высокой частоты, которая вызывает пробой дугового промежутка. Разделительный конденсатор ограничивает ток промышленной частоты во вторичной цепи трансформатора ВТ.

Рис. 14. Схема осциллятора

Применяют осцилляторы параллельного и последовательного включения. Последние обеспечивают более надежную защиту силового выпрямительного блока или генератора от пробоя высокочастотным напряжением осциллятора.

Параллельная работа сварочных трансформаторов.

В практике сварочных работ иногда требуется ток, превышающий номинальный сварочкый ток одного трансформатора. Ток большой величины можно получить от нескольких трансформаторов, соединенных параллельно. В этом случае напряжения холостого хода сварочных трансформаторов должны быть равны (это условие соблюдают обычно для однотипных трансформаторов). У трансформаторов с повышенным магнитным рассея-шем напряжение холостого хода и коэффициент трансформации несколько меняются в зависимости от режима настройки и ступени регулирования. Поэтому такие трансформаторы перед параллельным соединением необходимо отрегулировать так, чтобы напряжения холостого хода у них были одинаковыми.

При параллельном включении двух трансформаторов (рис. 15) одноименные зажимы первичных обмоток

подсоединяют к одинаковым линейным проводам питающей сети А, В, С, что обеспечивает во вторичных обмотках совпадение фаз ЭДС. Затем соединяют попарно одноименные зажимы вторичных обмоток (плюс с плюсом, минус с минусом). Для проверки правильности соединения трансформаторов к клеммам b — b подключают лампочку или вольтметр. Если лампочка не загорается или стрелка вольтметра стоит на нуле, то трансформаторы соединены правильно. Во время проверки рубильник Д выключен.

Эксплуатация трансформаторов. Правильная эксплуатация трансформаторов (табл. 2) прежде всего определяется верным их выбором. При этом учитывается экономичность, толщина свариваемого металла, свойства электродов, число сварочных постов, условия эксплуатации, необходимость транспортировки. При установке трансформаторов на открытом воздухе их следует защищать от атмосферных осадков, так как при отсыревшей изоляции обмоток возможен пробой изоляции и замыкание между витками. Однако перегрев трансформатора (около паропровода, печи, горна) также вредно отражается на изоляции обмоток.

Перед сдачей трансформатора в эксплуатацию необходимо тщательно его осмотреть и устранить механические повреждения (если они имеются); проверить меггером все обмотки на обрыв, а также проверить, как изолированы обмотки от корпуса; тщательно заземлить трансформатор (для этого на кожухе имеется специальный болт с надписью «Земля»).

Рис. 15. Схема параллельной работы двух сварочных трансформаторов

Чтобы добиться бесперебойной работы сварочных трансформаторов, следует регулярно их осматривать и проверять состояние соединительных проводов. Уход за трансформаторами в основном сводится к регулярной проверке сопротивления изоляции, контактов, наблюдению за нагревом обмоток сердечника и его деталей (после отключения трансформатора от сети). Необходимо чаще смазывать регулировочный механизм, удалять грязь с рабочих частей трансформатора. При плохом уходе слой грязи может достигнуть большой толщины, что нарушит охлаждение рабочих частей и приведет к перегреву обмоток, а это вызовет замыкание токоведу-щих частей на корпус. Особенно опасной является грязь, содержащая металлическую пыль. Плохие контакты, особенно в сварочной цепи, вызывают большие падения напряжения и недопустимые перегревы. Значительное число сварочных трансформаторов выходит из строя из-за небрежного подключения сварочного кабеля к зажимам и нерегулярного наблюдения за состоянием его контактов.

Сварочные трансформаторы

Сварочный трансформатор — источник питания сварочной дуги переменного тока, предназначенный для понижения напряжения питания (220 или 380 В) до безопасного напряжения для человека, но достаточного для легкого зажигания и стабильного поддержания сварочной дуги. При помощи сварочного трансформатора можно регулировать силу сварочного тока и подстраивать режимы сварки под толщину свариваемых деталей и диаметра электрода.

Источники питания переменного тока используют для ручной дуговой сварки покрытым электродом, автоматической сварки под флюсом, электрошлаковой сварки, сварки неплавящимся электродом в инертных газах алюминия и сплавов на его основе.

Источники питания переменного тока могут быть частью специальных установок для сварки или мультипроцессорных источников питания дуги.

Сварочный трансформатор

Рис. 1. Сварочный трансформатор

Принцип действия сварочного трансформатора

Первичная обмотка имеет большее количество витков, подключается к сети питания. Во время прохождения тока по первичной обмотке намагничивается сердечник трансформатора и создается переменный магнитный поток.

Магнитный поток сердечника будет оказывать влияние на вторичную обмотку трансформатора — создавать в ней переменный ток меньшего напряжения (чем в первичной обмотке), но большей силы. Это явление называется электромагнитная индукция. Понижение напряжения с помощью трансформатора, пропорционально увеличивается сила сварочного тока вторичной обмотки.

Соответственно первичная обмотка подключается к сети питания, а вторичная — подает сварочный ток на электрод и сварочную конструкцию. Когда по первичной обмотке протекает ток, в то время как вторичная обмотка разомкнута, устанавливается режим холостого хода источника питания. В этот момент напряжение на вторичной обмотке максимальное, так как сварка не производится (напряжение холостого хода). Соотношение напряжения первичной обмотки и вторичной называется коэффициентом трансформации. Во время зажигания сварочной дуги цепь вторичной обмотки замыкается — такое состояние называется режимом нагрузки сварочного трансформатора.

Регулирование силы тока сварочного трансформатора

Для регулирования силы тока сварочного трансформатора используют несколько методов влияния на коэффициент трансформации, в зависимости от конструкции сварочных трансформаторов могут использовать разные методы.

Наиболее распространенный тип регулирования тока с помощью перемещения движущихся обмоток винтовым механизмом. Отдаление расстояния между обмотками приводит к снижению магнитной связи между ними, уменьшению коэффициента трансформации и в следствии уменьшению силы тока. При сближении обмоток магнитный поток усиливается создавая ток большей силы.

Читайте так же:
Приспособление для регулировки развала колес своими руками

регулирование тока винтовым механизмом

Рис. 2. Регулирование силы тока винтовым механизмом: 1) вторичная обмотка; 2) винт с ленточной резьбой; 3) магнитопровод; 4) первичная обмотка.

Вторая, распространенная схема регулирования тока, когда между неподвижными обмотками вводится магнитный шунт служащий для рассеивания магнитного потока. Таким образом изменением положения магнитного шунта можно изменять магнитный поток рассеивания, с увеличением которого понижается ток вторичной обмотки.

Достаточно часто в конструкции сварочных трансформаторов находятся несколько первичных и вторичных обмоток. Изменяя способы соединения этих обмоток можно ступенчато регулировать сопротивление трансформатора. Последовательное соединение первичных и вторичных обмоток усиливается сопротивление трансформатора, параллельное соединение снижает сопротивление трансформатора. Изменяя тип соединения получают три ступени регулирования или четырехкратное изменение тока.

Регулирование сварочного тока

Рис. 3. Регулирование сварочного тока: ступенчатое и плавное

Преимущества и недостатки сварочных трансформаторов

Основное преимущество сварочного трансформатора в простой конструкции без дорогих деталей, а как следствие более доступная цена оборудования и ремонта. При использовании источников питания переменного тока отсутствует магнитное дутье — отклонение сварочной дуги под воздействием магнитного поля.

Недостатком сварочных трансформаторов является менее стойкое горение сварочной дуги, повышенное разбрызгивание электродного металла по сравнению с источниками постоянного тока.

Сварочные трансформаторы

Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

Промышленный переменный ток на территории России имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц). Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60—75 В. При сварке на малых токах (60—100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 — 80 В.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. На рис. 1 приводится принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора реактивной катушки).

 Принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем

Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем (сварочный ток регулируется изменением воздушного зазора)

Понижающий трансформатор, основой которого является магнитопровод 3 (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе 3 имеются первичная 1 и вторичная 2 (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Дроссель состоит из магнитопровода 4, набранного из листов трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода 5, рассчитанного на прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе 4 имеется подвижная часть б, которую можно перемещать с помощью винта, вращаемого рукояткой 7.

Первичная обмотка 1 трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке 1, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке 2 индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя 5 включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой трансформатора.

Величину сварочного тока регулируют путем изменения воздушного зазора а между подвижной и неподвижной частями магнитопровода 4 (рис. 1). При увеличении воздушного зазора а магнитное сопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственно уменьшается, а следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки и увеличивается сварочный ток. При полном отсутствии воздушного зазора а дроссель можно рассматривать как катушку на железном сердечнике; в этом случае величина тока будет минимальной. Следовательно, для получения большей величины тока воздушный зазор нужно увеличить (рукоятку на дросселе вращать по часовой стрелке), а для получения меньшей величины тока — зазор уменьшить (рукоятку вращать против часовой стрелки). Регулирование сварочного тока рассмотренным способом позволяет настраивать режим сварки плавно и с достаточной точностью.

Современные сварочные трансформаторы типа ТД, ТС, ТСК, СТШ и другие выпускаются в однокорпусном исполнении.

Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформатора типа СТН

Рис. 2. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформатора типа СТН в однокорпусном исполнении (а) и его магнитная схема (б). 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — реактивная обмотка; 4 — подвижной пакет магнитопровода; 5 — винтовой механизм с рукояткой; 6 — магнитопровод регулятора; 7 — магнитопровод трансформатора; 8 — электродержатель; 9 — свариваемое изделие

В 1924 г. академиком В. П. Никитиным была предложена система сварочных трансформаторов типа СТН, состоящих из трансформатора и встроенного дросселя. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформаторов типа СТН в однокорпусном исполнении, а также магнитная система показаны на рис. 2. Сердечник такого трансформатора, изготовленный из тонколистовой трансформаторной стали, состоит из двух, связанных общим ярмом сердечников,— основного и вспомогательного. Обмотки трансформатора изготовлены в виде двух катушек, каждая из которых состоит из двух слоев первичной обмотки 1, выполненных из изолированного провода, и двух наружных слоев вторичной обмотки 2, выполненных из неизолированной шинной меди. Катушки дросселя пропитаны теплостойким лаком и имеют асбестовые прокладки.

Обмотки трансформаторов типа СТН изготовляют из медного или алюминиевого проводов с выводами, армированными медью. Величину сварочного тока регулируют с по­мощью подвижного пакета магнитопровода 4, путем изменения воздушного зазора а винтовым механизмом с рукояткой 5. Увеличение воздушного зазора при вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вызывает, как и в трансформаторах типа СТЭ с отдельным дросселем, уменьшение магнитного потока в магнитопроводе 6 и увеличение сварочного тока. При уменьшении воздушного зазора повышается индуктивное сопротивление реактивной обмотки дросселя, а величина сварочного тока уменьшается.

ВНИИЭСО разработаны трансформаторы этой системы СТН-500-П и СТН-700-И с алюминиевыми обмотками. Кроме того, на базе этих трансформаторов разработаны трансфор­маторы ТСОК-500 и ТСОК-700 со встроенными конденсаторами, подключенными к первичной обмотке трансформатора. Конденсаторы компенсируют реактивную мощность и обеспечивают повышение коэффициента мощности сварочного трансформатора до 0,87.

Читайте так же:
Регулировка подачи воздуха в двигатель

Однокорпусные трансформаторы СТН более компактны, масса их меньше, чем у трансформаторов типа СТЭ с отдельным дросселем, а мощность одинакова.

Трансформаторы с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.

Катушки первичной обмотки такого трансформатора неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные. Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая — при удалении. С ходовым винтом 5 связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока. Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.

Сварочные трансформаторы
Рис. 3. Сварочные трансформаторы: а — конструктивная схема трансформатора ТСК-500; б — электрическая схема трансформатора ТСК-500: 1 — сетевые зажимы для проводов; 2 — сердечник (магнитопровод); 3 — рукоятка регулирования тока; 4 — зажимы для подсоединения сварочных проводов; 5 — ходовой винт; 6 — катушка вторичной обмотки; 7 — катушка первичной обмотки; 8 — компенсирующий конденсатор; в — параллельное; г — последовательное соединение обмоток трансформатора ТД-500; ОП — первичная обмотка; ОВ — вторичная обмотка; ПД — переключатель диапазона токов; С — защитный фильтр от радиопомех.Рис.4 Портативный сварочный аппарат

На рис. 3-а,б показаны принципиальная электрическая и конструктивная схемы трансформатора ТСК-500. При повороте рукоятки 3 трансформатора по часовой стрелке катушки обмоток 6 и 7 сближаются, вследствие чего магнитное рассеяние и вызываемое им индуктивное сопротивление обмоток уменьшаются, а величина сварочного тока увеличивается. При повороте рукоятки против часовой стрелки катушки вторичной обмотки удаляются от катушек первичной обмотки, магнитное рассеяние увеличивается и величина сварочного тока уменьшается.

Трансформаторы снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке. Трансформаторы типа ТСК отличаются от ТС наличием компенсирующих конденсаторов 8, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (соs φ). На рис. 3, в показана принципиальная электрическая схема трансформатора ТД-500.

ТД-500 представляет собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Трансформатор работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное — диапазон малых токов.

Последовательное соединение обмоток за счет отключения части витков первичной обмотки позволяет повысить напряжение холостого хода, что благоприятно отражается на горении дуги при сварке на малых токах.

При сближении обмоток уменьшается индуктивность рассеяния, что приводит к увеличению сварочного тока; при . увеличении расстояния между обмотками увеличивается индуктивность рассеяния, а ток соответственно уменьшается. Трансформатор ТД-500 имеет однокорпусное исполнение с естественной вентиляцией, дает падающие внешние характеристики и изготавливается только на одно напряжение сети — 220 или 380 В.

однофазный стержневого типа состоит из следующих основных узлов: магнитопровода — сердечника, обмоток (первичной и вторичной), регулятора тока, переключателя диапазонов токов, токоуказательного механизма и кожуха.

Алюминиевые обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки неподвижно закреплены у нижнего ярма, а вторичной обмотки — подвижные. Переключение диапазонов тока производят переключателем барабанного типа, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора. Величину отсчета тока производят по шкале, отградуированной соответственно на два диапазона токов при номинальном напряжении питающей сети.

Емкостной фильтр, состоящий из двух конденсаторов, служит для снижения помех радиоприемным устройствам.

Правила техники безопасности при эксплуатации сварочных трансформаторов. В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы. Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу. Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.

Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т. е. на электрододержателе.

Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.

При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства — ограничители холостого хода.

Сварочные трансформаторы промышленного использования, как правило, подключают к трехфазной сети 380 В, что в бытовых условиях не всегда удобно. Как правило, подключение индивидуального участка к трехфазной сети хлопотно и дорого, и без особой нужды это не делают. Для таких потребителей промышленность выпускает сварочные трансформаторы, рассчитанные на работу от однофазной сети с напряжением 220 — 240 В. Пример такого портативного сварочного аппарата приведен на рис.4. Этот аппарат, обеспечивающий разогрев дуги до 4000°С, уменьшает обычное сетевое напряжение, одновременно повышая сварочный ток. Ток в установленном диапазоне регулируется с помощью ручки, смонтированной на передней панели аппарата. В комплект аппарата входит сетевой кабель и два сварочных провода, один из которых соединен с электрододержателем, а второй — с заземляющим зажимом.

Обычно для домашних работ вполне подходят аппараты, вырабатывающие сварочный ток в 140 ампер при 20-процентном рабочем цикле. При выборе аппарата следует обращать внимание на то, чтобы регулировка сварочного тока была плавной.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector