Падающая характеристика сварочного трансформатора
Обновлено: 08.07.2024
1. Основа - трансформатор с жесткой характеристикой. Падающая характеристика за счет дросселя, включенного последовательно в цепь дуги.
2. Сам трансформатор обладает падающей характеристикой, образующейся за счет создания различным способом усиленных полей рассеяния.
Тема 2.2. Трансформаторы для ручной дуговой сварки (РДС)
Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками. Трансформаторы с подвижными шунтами.
Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и отдельным дросселем. Такие трансформаторы относятся к однофазным (двухфазным) понижающим трансформаторам. Между трансформатором и дросселем существует только электрическая связь. В свое время они широко применялись в сварочном производстве (марки СТЭ-24, СТЭ-34).
Классификация трансформаторов показана на рис. 2.6.
Схема аппарата представлена на рисунке 2.7.
Рисунок 2.6. - классификация трансформаторов
Рисунок 2.7 - Конструкция дросселя (а) и электрическая схема (б, в)
Дроссель L подсоединяется последовательно в сварочную цепь. Сердечник дросселя имеет регулируемый воздушный зазор 1в. Дроссель формирует падающие внешние характеристики источника, и он же является регулятором сварочного тока. Индуктивность сварочного контура большая и создаются условия для стабильного горения дуги переменного тока.
Недостаток трансформатора - вибрация подвижной части пакета.
Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и совмещенной реактивной обмоткой (СТН, ТСД). Несколько различное конструктивное исполнение источников не меняет общей идеи их работы (рисунок 2.8).
Рисунок 2.8 - Конструкция сердечников и расположение обмоток трансформаторов СТН (а) и ТСД (б)
Здесь в отличие от СТЭ есть и электрическая, и магнитная связь дросселя и собственно трансформатора. Зазор регулируется двигателем.
В режиме холостого хода поток, создаваемый первичными обмотками, распределяется между средним ярмом (СЯ) и верхним ярмом (ВЯ) согласно их магнитным проводимостям. Вторичные обмотки и обмотки дросселя намотаны в одну сторону, т. е. напряжение холостого хода Uо можно несколько менять изменяя зазор (зазор уменьшается Uо увеличивается, зазор увеличивается Uо уменьшается). Это, конечно, имеет смысл только при малых зазорах.
В режиме нагрузки есть вторичный ток, создающий поток, который совместно с потоком первичной обмотки создает результирующий поток.
Ток нагрузки, протекая по дросселю, создает поток, направленный против результирующего потока, в дросселе ЭДС самоиндукции.
С увеличением тока нагрузки ЭДС самоиндукции также возрастает и понижается выходное напряжение трансформатора.
Трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием. Конструктивно можно создать трансформатор с искусственно увеличенными полями рассеяния. Для этого необходимо несколько разнести обмотки друг от друга и от сердечника (рисунок 2.9).
1 - первичная обмотка; 2 - вторичная обмотка; 3 - сердечник
Рисунок 2.9 - Магнитная схема трансформатора с увеличенным рассеянием
В них кроме основного потока трансформатора Фт, замыкающегося по сердечнику, каждая из обмоток создает поля рассеяния - лобовые Флб, окна Фок и ярма Фяр.
Эти трансформаторы делятся на две основные группы:
- трансформаторы с подвижными обмотками;
- трансформаторы с магнитными шунтами (с подвижными шунтами и подмагничиваемыми шунтами).
Трансформаторы с подвижными обмотками ТС (ТСК) и ТД. Катушки обмоток этих трансформаторов расположены несколько иначе, чем у силовых. Для ступенчатой регулировки обмотки разделены на две части, а для получения увеличенного рассеяния - разнесены.
Первичная обмотка обычно неподвижна, вторичная - подвижная с помощью ходового винта.
У силового трансформатора обмотки предельно сближены и поток рассеяния минимален, характеристика жесткая. У сварочных трансформаторов рассеяние принудительно увеличено, характеристика падающая. На рисунке 2.10 показан трансформатор с подвижными обмотками.
При подаче напряжения сети на первичную обмотку в ней появляется ток холостого хода, возникает магнитный поток Фполн., часть которого замыкается по сердечнику Фт (основной поток), а часть по воздуху Ф1р.
Рисунок 2.10 - Трансформатор с подвижными обмотками
На холостом ходу в обмотках основной магнитный поток создает ЭДС в первичной и вторичной обмотках, пропорциональную числу витков и скорости изменения магнитного потока.
Кроме этого в первичной обмотке (так как в ней есть ток) создается ЭДС рассеяния, но так как сила этого тока мала, то и ЭДС рассеяния небольшая.
Есть такое понятие - коэффициент магнитной связи:
где Ф2 - поток пронизывающий II обмотку;
Фполн. - суммарный магнитный поток.
Км зависит от расстояния между обмотками - если обмотки расположены близко друг к другу, то Км стремится к 1. Напряжение холостого хода при изменении расстояния между обмотками меняется незначительно, примерно на 3 - 5 %
В рабочем режиме во вторичной обмотке появляется ток и появляются новые магнитные потоки, замыкающиеся по сердечнику и по воздуху. С возрастанием тока нагрузки потоки рассеяния всех обмоток увеличиваются, что приводит к снижению выходного напряжения и получению падающей характеристики.
Недостатки трансформаторов с подвижными обмотками:
- Необходимость и трудность надежного закрепления обмоток (подвижных) из-за вибрации, шума и износа.
- Низкая надежность механизма перемещения и достаточно значительная масса его.
- Высокие потери энергии на потоки рассеяния в элементах трансформатора.
Трансформаторы с магнитными шунтами. Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подвижными магнитными шунтами выполняются на магнитопроводах стержневого типа и имеют дисковые обмотки.
Обмотки трансформатора (рис. 2.11) расположены симметрично на двух стержнях магнитопровода 3. В канале между первичными 1 и вторичными 2 обмотками установлен магнитный шунт 4. Между шунтом и стержнями магнитопровода имеются воздушные зазоры 5.
Возможны два варианта взаимного расположения первичной и вторичной обмоток относительно шунта, а именно полное или частичное разнесение. При полном разнесении первичные и вторичные обмотки расположены по разные стороны шунта. При частичном разнесении вторичная обмотка состоит из двух секций - основной и дополнительной, причем дополнительная обмотка размещена в зоне первичной обмотки и имеет с ней хорошую электромагнитную связь.
Наличие магнитного шунта (при его введении в сердечник) увеличивает потоки рассеяния обмоток Ф1р и Ф2р и, следовательно, снижается выходное напряжение. Плавное движение шунта приводит к получению семейства выходных характеристик с разной степенью крутизны.
Недостатки таких систем аналогичны предыдущим моделям источников и связаны с наличием подвижных ферромагнитных элементов в переменном магнитном поле.
Рисунок 2.11 - Конструктивная схема трансформатора с подвижным шунтом
Сопротивлением магнитного шунта прохождению магнитного потока можно управлять также путем его (шунта) подмагничивания. Так были созданы трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подмагничиваемыми шунтами.
Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подмагничиваемыми шунтами. Конструктивно эти источники отличаются от трансформаторов с подвижными шунтами тем, что шунт неподвижен, а изменение потоков рассеяния обмоток осуществляется изменением магнитной проницаемости сердечника шунта путем его подмагничивания постоянным током (рисунок 2.12).
Рисунок 2.12 - Трансформатор с подмагничиваемым шунтом
а - конструктивное исполнение; б - электрическая схема
Трансформаторы имеют стержневой магнитопровод 3, неподвижный магнитный шунт, имеющий тоже сердечник стержневого типа 4 и обмотки подмагничивания 5. Первичные и вторичные обмотки разделены на две части, однако вторичная обмотка еще разделена на секции, расположенные по разные стороны магнитного шунта (2а, 2б и 2в).
Секция 2а расположена рядом с первичной обмоткой и имеет жесткую характеристику, обмотки, расположенные по другую сторону шунта, имеют увеличенное рассеяние, которое можно регулировать изменением магнитной проводимости материала сердечника шунта.
Наличие секционирования обмоток и обмоток с нормальным и увеличенным рассеянием позволяет получить различные виды внешних вольт-амперных характеристик.
Трансформаторы с реактивной обмоткойимеют стержневой сердечник 3, секционированные первичную 1, вторичную 2 и реактивную 4 обмотки (рисунок 2.13).
Рисунок 2.13 - Конструктивная (а) и принципиальная электрическая схема (б) трансформатора с реактивной обмоткой
Простота и низкая стоимость источников этого типа предполагает их работу в монтажных условиях, но им присущ недостаток - узкий диапазон регулирования выходных параметров.
Потоки рассеяния замыкаются не только по лобовым поверхностям и в окне магнитопровода, но и по воздуху между верхним и нижним ярмами (ярмовое регулирование).
Реактивная обмотка сцеплена с потоками ярмового рассеяния, а также имеется возможность ее согласного, встречного включения или полого отключения для увеличения и уменьшения сварочного тока соответственно (три диапазона ступенчатой регулировки (рисунок 2.12,б) позволяют делать это).
Резонансные источники питания. Эти источники питания переменного тока созданы относительно недавно и выгодно зарекомендовали себя для небольших потребляемых токов.
Высокие технологические свойства резонансных сварочных источников определяются в основном избирательными свойствами вторичного контура, нагруженного на дуговой промежуток. Устойчивость горения дуги при использовании трансформатора с индуктивностью и емкостью (рисунок 2.14) высокая, поскольку повторное зажигание происходит при совместном питании дуги от трансформатора и емкости. Практически это означает, что при ручной дуговой сварке в случае использования достаточной емкости напряжение холостого хода можно снизить примерно до 40 В без опасности снижения устойчивости горения дуги. Снижение напряжения холостого хода приводит к увеличению коэффициента трансформации и пропорциональному снижению первичного тока.
Рисунок 2.14 – Схема резонансного источника
Применение резонансного контура во вторичной цепи обеспечивает практически синусоидальную форму кривой сварочного тока.
Сварочное оборудование данного класса обладает следующими преимуществами:
- высокий уровень электробезопасности, связанный с применением специальных схемных решений, ограничивающих напряжение холостого хода до значения не более 38 В (в изделиях, выполненных по специальным требованиям, - не более 12 В);
- высокий коэффициент полезного действия (до 80 %);
- получение коэффициента мощности не менее 0,95 достаточно простой настройкой резонансного контура;
- минимальный уровень помех, генерируемый в сеть и окружающее пространство, по сравнению со всеми известными образцами сварочного оборудования;
- уменьшение при коротком замыкании в сварочном контуре тока потребления из сети в 1,5 - 2 раза (в известных типах сварочных аппаратов он обычно возрастает в 2 - 2,5 раза);
- отсутствие пиков зажигания в кривой тока, что позволяет снизить концентрацию диффузионного водорода в шве и тем самым улучшить его прочностные свойства.
Разработан и применяется в настоящее время большой класс трансформаторов с магнитным регулированием, в которых изменение выходных параметров осуществляется за счет изменения магнитных характеристик сердечников подмагничиванием. При этом очень существенно искажается форма кривой переменного тока, что негативно сказывается как на параметрах процесса сварки, так и на энергетических характеристиках оборудования.
Тиристорные трансформаторы с фазовым регулированием имеют хорошие энергетические характеристики, высокую гибкость регулирования, небольшие массу и габариты за счет конструктивного нормального магнитного рассеяния. Могут иметь системы стабилизации параметров.
Включение трансформаторов на последовательную и параллельную работу. Трансформаторы могут включаться на последовательную и параллельную работу для достижения необходимых параметров по выходному напряжению или силе тока.
Включение на последовательную работу возникает при необходимости увеличения выходного напряжения для сварочного процесса. Необходимо учитывать при этом, что неправильное подсоединение в этом случае неопасно и приведет лишь к снижению (а не к увеличению) выходного напряжения. Сила выходного тока при таком соединении определяется наименее мощным трансформатором.
Параллельное включение применяется для увеличения выходного тока системы трансформаторов. Однако, параллельно можно включать только одинаковые трансформаторы и на одной ступени. Опасна неправильная фазировка выходных обмоток.
Тема 2.3. Другие виды трансформаторов.
Тиристорные трансформаторы. Формирование внешних характеристик. Трансформаторы для дуговой сварки под флюсом. Трансформаторы для электрошлаковой сварки (ЭШС). Современный рынок производителей и моделей трансформаторов.
Трансформаторы с увеличенным рассеянием
В отличии от силовых трансформаторов не сварочного назначения, у которых потери магнитных потоков стремятся уменьшить, большая часть сварочных трансформаторов специально разработана с увеличенным магнитным рассеянием. Это достигается размещением первичной и вторичной обмотки на значительном расстоянии друг от друга. Проще всего пояснить принцип увеличения магнитного рассеяния на примере трансформатора, у которого первичная и вторичная обмотки разнесены на разные стержни (рис.1). Обычно такой трансформатор имеет цилиндрические ( реже дисковые ) первичную 1 и вторичную 2 обмотки и стержневой магнитопровод 3.
Рис. 1. Конструктивная схема и распределение магнитных
потоков в трансформаторе с разнесёнными обмотками
Формирование падающей внешней характеристики в трансформаторе с увеличенным рассеянием
При размещении первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга в трансформаторе возникают большие потоки магнитного рассеяния, в результате чего с увеличением тока нагрузки снижаются поток, сцепляющиеся со вторичной обмоткой, и вторичное напряжение, что и объясняет наличие падающей внешней характеристики.
Регулирование режима в трансформаторе с увеличенным рассеянием
Изменение числа витков первичной и вторичной обмотки. От части витков сделаны отпайки,так что при пересоединении проводов, соединяющих трансформатор с сетью и нагрузкой, фактически меняется число витков, участвующих в работе. При изменении числа витков первичной обмотки W1 по соотношению меняется напряжение холостого хода U0 и пропорционально ему вторичный ток I2 .
При регулировании изменением числа витков первичной обмотки приходится завышать сечение магнитопровода, а при регулировании по вторичной стороне — сечение обмоточного провода. Поэтому витковое регулирование используется редко и только в дополнение к другим способам.
Перемещение магнитного шунта . На пути потоков рассеяния Ф1р и Ф2р устанавливается пакет трансформаторного железа, который выполняет роль магнитного шунта, т.е. участка магнитной цепи, параллельного основному магнитопроводу. Магнитный шунт может перемещатся.
Подмагничивание магнитного шунта . Магнитный шунт может быть и неподвижным. В этом случае его сопротивление Rтр изменяется благодаря обмотке, питаемой постоянным током через регулировочный реостат. При увеличении тока управления увеличивается и поток Фу, что приведёт к насыщению железа шунта, т.е. увеличению его магнитного сопротивления Rтр. А это вызовет увеличение сварочного тока I2.
Изменение степени разнесения обмоток. Здесь часть витков вторичной обмотки W2a находится на том же стержне, что и первичная обмотка, между ними установлена нормальная магнитная связь. Две другие катушки с числом витков W2б и W2в разнесены с первичной обмоткина разные стержни, их магнитная связь с первичной обмоткой ослаблены.
Использование реактивной обмотки. Такая дополнительная обмотка устанавливается на пути потоков рассеяния, в режиме нагрузки в этой обмотке находится ЭДС.
При последовательном согласном соединении реактивной обмотки со вторичной их ЭДС складываются, что даёт ступень больших токов. При последовательном встречном включении их ЭДС вычитаются, в результате имеем диапазон малых токов.
Перемещение обмоток. Первичная и вторичные обмотки могут находится на одном стержне, но на значительном расстоянии друг от друга, в результате чего получаются большие потоки рассеяния Ф1р и Ф2р. Регулирование режима в этом случае осуществляется с изменением расстояния между обмотками.
Изменение соединения катушек первичной и вторичной обмоток. Если первичная и вторичная обмотки содержат каждая по две катушки, открывается ещё одна возможность ступенчатого регулирования. В варианте I используется половина обмоток трансформатора — одна первичная и одна вторичная катушка, в этом случае сопротивление трансформатора Хт1=Х’1+Х2. В варианте II две катушки первичной обмотки соединяются последовательно, две катушки вторичной обмотки соединены также последовательно. При этом индуктивное сопротивление двух половин трансформатора складываются, поэтому сопротивление трансформатора Хт2=2Х’1+2Х2=2Хт1 — вдвое выше, чем в первом варианте, а ток соответственно ниже. В варианте III катушки первичной обмотки соединены параллельно, так же параллельно соединены и катушки вторичной обмотки. При параллельном соединении складываются уже не сопротивления, а проводимости двух половин.
При таком регулировании напряжение холостого хода не меняется.
Трансформатор с подвижными обмотками.
Принцип действия такого трансформатора иллюстрирует рисунок 2. Наибольшее распространение получила конструктивная схема трансформатора со стержневым магнитопроводом 3, цилиндрическими первичной 1 и вторичной 2 обмотками, разбитыми каждая на две катушки. Подвижная обмотка ( обычно вторичная ) перемещается винтовым приводом 4. Основной поток трансформатора Фт замыкается по магнитопроводу, а потоки рассеяния Ф1р и Ф2р — по воздуху в пространстве между первичной и вторичной обмотками.
Рис.2. Расчётная схема трансформатора с
подвижными обмотками
Падающая внешняя характеристика у трансформатора с подвижными обмотками получается благодаря увеличенному магнитному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга.
Плавное регулирование режима, как уже отмечалось, производится благодаря перемещению подвижных обмоток. Ступенчатое увеличение тока осуществляется переключением катушек первичных и вторичных обмоток с последовательного на паралелльное соединение.
Регулирование тока у трансформатора с подвижными обмотками осуществляется за счёт изменения его индуктивного сопротивления: плавное перемещение обмоток, ступенчато-переключением соединения катушек параллельно или последовательно.
Рис.3. Конструкция трансформатора ТДМ — 317 У2
Трансформатор типа ТДМ-317 У2 является типичным примером серийной конструкции с подвижными обмотками (рис.3.7). Он имеет стержневой магнитопровод 2, первичную 6 и вторичную 4 обмотки, переключатель диапазонов тока 12, регулятор тока 1, раму8, колеса 7 и не показанный на рисунке кожух. Магнитопровод набран из холоднокатаных лакированных пластин высококремнистой трансформаторной стали марки 3414 толщиной 0,35 мм. Первичная и вторичная обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на стержнях магнитопровода.
Трансформатор с подвижным магнитным шунтом
Принцип действия трансформатора рассмотрим по рис.4. Он имеет неподвижные первичную 1 и вторичную 2 обмотки, стержневой магнитопровод 3 и подвижный магнитный шунт 4. Каждая обмотка имеет по две катушки, размещённые на разных стержнях. Потоки рассеяния Ф1р и Ф2р замыкаются через магнитный шунт.
Падающая характеристика у трансформатора с магнитным шунтом получается благодаря увеличенному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга и наличием магнитного шунта.
Рис.4. Конструктивная схема трансформатора с подвижным магнитным шунтом
Регулирование режима в трансформаторе с магнитным шунтом осуществляется: плавно- перемещением магнитного шунта, ступенчато- переключением обмоток и изменением степени разнесения обмоток по стержням.
Трансформатор с подмагничиваемым шунтом
В массовом порядке выпускались трансформаторы для механизированной сварки под флюсом типов ТДФ-1001У3 и ТДФ11601 У3.
Трансформатор ТДФ-1001 (рис.5) имеет стержневой магнитопровод 3 и неподвижный шунт 4 также стержневого типа. Магнитная проводимость шунта регулируется с помощью обмотки управления 5, питаемой постоянным током. Первичная обмотка 1, состоящая из двух параллельно соединённых катушек, закреплена у верхнего ярма. Вторичная обмотка 2 состоит из трёх частей по две параллельно соединённых катушек в каждой: катушки 2а расположена рядом с первичной обмоткой, а катушка 2б и 2в отделены от первичной обмотки магнитным шунтом. Поэтому потоки рассеяния весьма велики.
Рис.5. Конструктивная (а) и упрощённая принципиальная (б) схемы трансформатора с подмагничивающим шунтом
Падающая характеристика у трансформатора с подмагничиваемым шунтом получается благодаря увеличенному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток (или части последней) на значительном расстоянии друг от друга и наличием магнитного шунта.
Основной способ регулирования режима заключается в изменении индуктивного изменения трансформатора при изменении магнитного сопротивления шунта.
Трансформатор с реактивной обмоткой
Иногда возникает необходимость в дешёвом трансформаторе с низким ПН и узким диапазоном регулирования, например, при сварке на монтаже или в быту. Такой простейший трансформатор (рис. 6) имеет стержневой магнитопровод 3, первичную 1 и вторичную 2 обмотки, разнесённые на разные стержни. Поэтому потоки рассеяния замыкаются не только по лобовым поверхностям и в окне магнито повода, но ещё и по воздуху между верхними нижним ярмами (Ф1яр и Ф2яр).
Рис.6. Конструктивная (а) и упрощённая принципиальная (б) схемы
трансформатора с реактивной обмоткой
Трансформатор с обмотками, размещенными на разных стержнях, имеет падающую внешнюю характеристику благодаря увеличенному магнитному рассеянию как между стержнями,так и между ярмами магнитопровода.
Для регулирования режима используют реактивную обмотку 4. На рис. 6,б показано, что с помощью переключателя S эта обмотка последовательно соединена со вторичной.
Трансформатор с разнесёнными обмотками
Простейший трансформатор с разнесёнными на разные стержни обмотками может регулироваться и за счёт изменения числа витков вторичной и первичной обмотки. К сожалению, при этом одновременно меняется и напряжение холостого хода. Кратность такого регулирования не превышает 2. Поэтому витковое регулирование только за счёт увеличения или уменьшения числа витков обмоток в серийных конструкциях не применяется. Заметный эффект достигается при совмещении витков регулирования с изменением степени разнесения обмоток по стержням.
На рис.7 показан трансформатор, у которого вторичная обмотка разнесена на разные стержни, тогда как первичная расположена на левом стержне.
Рис.7. Конструктивная схема трансформатора
с витковым регулированием
По схеме рис.7 изготавливается трансформатор ТСБ-145 на три ступени регулирования, он снабжён вентилятором и втычным переключателем ступеней. Подобную схему имеет и трансформатор ТДС-140. Выпускается также нерегулируемый трансформатор ТС-50.
Трансформатор с индуктивностью и ёмкостью
Рис.8. Принципиальная схема трансформатора с
индуктивностью емкостью в цепи дуги
Устойчивость горения дуги при использовании трансформатора с индуктивностью и ёмкостью высокая, поскольку повторное зажигание происходит при совместном питании дуги от трансформатора и ёмкости.
Практически это означает, что при ручной дуговой сварке в случае использования достаточной ёмкости напряжение холостого хода можно снизить примерно до U0 = 35-40 В безопасности снижения устойчивости горения дуги. Снижение U0 приводит к увеличению коэффициента трансформации n = U1/U0= I2/I1 и пропорциональному снижению первичного тока I1. На этой основе удаётся разработать сварочный трансформатор на ток I2 до 100 А, питающийся от осветительной сети с U1=220В и первичным током 15А.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Устройство и характеристики сварочных трансформаторов
Сварочный трансформатор преобразует сетевое напряжение (220 или 380 В) в пониженное (меньше 140 В), необходимое для сварки. В массовом порядке выпускаются только однопостовые трансформаторы, предназначенные для ручной дуговой сварки покрытыми электродами и для механизированной сварки под флюсом. Требования к их конструкции и техническим характеристикам изложены в ГОСТ 95-77«Трансформаторы однофазные однопостовые для автоматической дуговой сварки под флюсом».
Трансформаторы должны обеспечивать лёгкое зажигание и устойчивое горение дуги при использовании электродов с высокими стабилизирующими свойствами, предназначенных специально для сварки на переменном токе. Если использовать электроды с низкими стабилизирующими свойствами, например,с фтористо-кальциевым покрытием, то сварочные свойства трансформатора становятся неудовлетворительными, особенно при токе ниже 100 А. Вообще, низкая устойчивость горения дуги переменного тока является недостатком сварочных трансформаторов. Другой важный недостаток простейших трансформаторов — низкая стабильность режима, обусловленная зависимостью от колебаний напряжения сети.
Главным достоинством трансформаторов является низкая стоимость их изготовления, они в 2-4 раза дешевле выпрямителей и в 6-10 раз дешевле агрегатов одинаковой мощности. Они дешевле и в эксплуатации, имеют сравнительно высокий коэффициент полезного действия (около 0.7-0.9) и низкий удельный расход электроэнергии(около 2-4 кВт*ч на 1 кг расплавленного электродного металла). Трансформаторы проще в эксплуатации, легко поддаются ремонту.
В зависимости от электромагнитной схемы и способа регулирования с нормальным рассеянием:
- Трансформаторы амплитудного регулирования с нормальным рассеянием:
а) с дросселем с воздушным зазором;
б) с дросселем насыщения;
в) со встроенной реактивной обмоткой.
2. Трансформаторы амплитудного регулирования с увеличенным рассеянием:
а) с подвижными обмотками;
б) с подвижным магнитным шумтом;
в) с подмагничиваемым шумтом;
г) с реактивной обмоткой;
д) с разнесёнными обмотками.
3. Трансформаторы фазового регулирования(тиристорные):
а) с импульсной стабилизацией
Устойчивость горения дуги в цепи с резистором
Устойчивость горения дуги при сварке на переменном токе ниже, чем на постоянном. Действительно, при чистоте переменного напряжения сети 50 Гц сварочный ток 100 раз в секунду снижается до 0 и меняет направление на обратное, причём после каждого такого обрыва дуга должна возбуждаться снова. Таким образом при сварке на переменном токе источник должен обладать специфическим свойством обеспечивать надёжность многократного повторного зажигания.
Рис.1. Схема питания дуги переменного тока в цепи с резистором
Рассмотрим работу источника переменного тока — трансформатора с резистором в цепи дуги (рис.1) . Трансформатор понижает сетевое напряжение до необходимого при сварке, резистор формирует падающую внешнюю характеристику и используется для настройки тока .
Устойчивость горения дуги в цепи с индуктивностью
Если включить в цепь дуги и вторичной обмотки трансформатора катушку индуктивности L (рис.2.), она будет выполнять несколько функций. Обладая значительным реактивным сопротивлением XL=wL, она обеспечивает значение падающей внешней характеристики. По этой же причине её используют для регулирования режима. Наконец, как будет показано ниже, она способствует повышению устойчивости горения дуги переменного тока.
Рис. 2 Схема питания дуги переменного тока в цепи с индуктивностью
Благодаря введению индуктивности в цепь дуги переменного тока наблюдается сдвиг фаз тока и напряжения, поэтому переход тока через нуль происходит при высоком напряжении трансформатора, что повышает надёжность повторного зажигания и устойчивость горения дуги переменного тока.
Требования к параметрам источника переменного тока
Амплитуда напряжённости на индуктивности должна быть не ниже напряжения повторного зажигания дуги.
Для обеспечения устойчивого горения дуги переменного тока напряжение холостого хода трансформатора назначают тем больше, чем больше напряжение дуги и напряжение повторного зажигания.
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).
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.
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.
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.
 | |
| 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.
Трансформатор ТД-500 ~ 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.
Читайте также: