Сварочный трансформатор стн 700
Обновлено: 08.05.2024
Современные заводы, как правило, снабжаются переменным трёхфазным током. Поэтому представляется естественным производить сварку непосредственно переменным током, не преобразуя его предварительно в постоянный ток. Против переменного тока в дуге выдвигались следующие основные возражения: мгновенные значения переменного тока периодически проходят через нуль 100 раз в секунду, поэтому дуга переменного тока будет недостаточно устойчива. В дуге постоянного тока можно менять распределение тепла, меняя полярность; при переменном токе эта возможность теряется.
Многолетний опыт показал, что при современных электродах с хорошей обмазкой устойчивость дуги вполне достаточна как при постоянном, так и при переменном токах. Разница в устойчивости дуги для постоянного и переменного токов становится почти неощутимой и возможный некоторый недостаток устойчивости дуги переменного тока может быть всегда скомпенсирован, например, за счёт некоторого повышения напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Что касается распределения тепла между электродами, то опыт показывает, что для большинства случаев распределение тепла в сварочной дуге переменного тока вполне удовлетворяет требованиям сварочной техники и даёт возможность получить безупречные результаты сварки.
В свою очередь, переменный ток имеет некоторые специфические преимущества перед постоянным током, например, можно отметить практически полное отсутствие магнитного дутья при сварке на переменном токе, в то время как при постоянном токе магнитное дутьё часто заметно мешает работе.
Сварочные трансформаторы просты по устройству, дёшевы, почти не требуют обслуживания и занимают малые площади. Они портативны, обладают малыми размерами и весом, имеют высокий к, п. д., а отсюда и незначительный расход электроэнергии, почти в два раза меньший по сравнению с агрегатами постоянного тока. К. п. д. сварочных трансформаторов достигает 80—85%, расход электроэнергии равен 3,5—4,25 квт-час на 1 кг наплавленного металла.
Для получения необходимой падающей характеристики на электродах дуги, необходимо включить последовательно с дугой в сварочную цепь достаточное сопротивление. По экономическим соображениям это сопротивление должно быть по возможности чисто индуктивным с минимальной активной составляющей. Таким образом, задача получения необходимой падающей характеристики сводится к увеличению индуктивного сопротивления в цепи трансформатора. Лучшие результаты получаются при увеличении индуктивности вторичной цепи трансформатора, что и применяется на практике.
Увеличение индуктивности вторичной цепи трансформатора может быть получено включением последовательно с дутой индуктивного сопротивления дроссельной катушки, конструктивно отдельной от трансформатора. В разновидности системы дроссельная катушка может быть объединена конструктивно в одно целое с трансформатором. - Соответствующим конструированием трансформатора индуктивность вторичной цепи трансформатора может быть настолько повышена, что необходимость в отдельной дроссельной катушке отпадает, и необходимая падающая характеристика получается за счёт индуктивности самого трансформатора. Таким образом, получается три следующие основные системы сварочных трансформаторов:
с отдельной дроссельной катушкой во вторичной цепи;
с дроссельной катушкой во вторичной цепи, конструктивно объединённой в одно целое с трансформатором;
с увеличенной индуктивностью без дроссельной катушки. Все эти три вида трансформаторов, принципиальные схемы которых изображены на фиг. J4, находят практическое применение в нашей промышленности. Видоизменения основных схем и объединение элементов отдельных схем образуют громадное количество возможных систем и конструкций сварочных трансформаторов.
Сварочные трансформаторы изготовляются обычно однофазными, сухими, с естественным воздушным охлаждением. Примером трансформатора с отдельной дроссельной катушкой могут служить трансформаторы типа СТЭ, выпускаемые нашей промышленностью.
На фиг. 15 показаны такие трансформаторы изготовления завода Электрик. Комплектный сварочный аппарат состоит из трансформатора СТЭ и дроссельной катушки или регулятора РСТЭ, включаемого во вторичную цепь последовательно с дугой. Магнитопровод дроссельной катушки сделан разъёмным. Устройство регулятора схематически показано на фиг. 16, а конструктивное выполнение с габаритными размерами — на фиг. 17.
Подвижной сердечник магиитолровода может перемещаться вращением рукоятки регулятора. Перемещение подвижного сердечника меняет воздушный зазор магнитопровода и тем самым индуктивное сопротивление дросселя, а следовательно, и сварочный ток, так как меняется характеристика, отнесённая к электродам дуги. Величина воздушного зазора и приблизительная величина сварочного тока показывается указателем, скреплённым с подвижной частью магнитопро-вода , на шкале, укреплённой сбоку кожуха дросселя. Сварочный ток изменяется в том же направлении, что и воздушный зазор магнитопровода дроссельной катушки. В первом приближении можно принять, что сварочный ток изменяется прямо пропорционально величине воздушного зазора.
Трансформаторы СТЭ выпускаются нескольких типов, отличающихся лишь мощностью. Основные технические данные этих трансформаторов приведены в табл. 1. Небольшие вес и габаритные размеры делают сварочные трансформаторы весьма портативными. Для удобства перемещения трансформатор и дроссель поставлены на ролики и снабжены ручками.
Вторичное напряжение трансформаторов для ручной дуговой сварки с отдельной дроссельной катушкой, выпускаемых нашей -промышленностью, принято 60—65 в. Повышение вторичного напряжения сварочного трансформатора облегчает зажигание дуги и повышает её устойчивость. С другой стороны, увеличение вторичного напряжения повышает размеры, вес и стоимость трансформатора и дроссельной катушки и увеличивает опасность поражения сварщика током. Уменьшение напряжения приводит к уменьшению размеров, веса и стоимости оборудования и снижает опасность поражения током, но вместе с тем ухудшает зажигание дуги и делает её менее устойчивой. Напряжение 60—65 в, выбранное на основании многолетней практики, является приемлемым для большинства случаев.
Дуговая сварка, в особенности ручная, создаёт прерывистую нагрузку для источника тока; за горением дуги следуют перерывы на смену электродов, зачистку швов и т. д. Режимом нагрузки определяется максимальный ток, который может быть получен без перегрева обмоток источника. Режим определяется коэффициентом ПВ — повторной работы, представляющим собой отношение рабочего периода к продолжительности полного цикла работы, которая не должна превышать 5 мин. ПВ 100% означает горение дуги без перерывов. ПВ 60% показывает, что в 5-минутном цикле дуга торит 3 мин., а перерывы в горении занимают 2 мин. Чем меньше ПВ, тем больше максимальная допустимая сила тока.
Примером сварочных трансформаторов, конструктивно объединённых в одно целое с дроссельной катушкой, могут служить трансформаторы СТН, предложенные академиком В. П. Никитиным ещё в 1925 г. и получившие широкое распространение после войны, когда в них был внесён ряд конструктивных изменений и улучшений. Первоначальная схема трансформатора СТН показана на фиг. 18.
На фиг. 19 показан трансформатор типа СТН-700 в современном исполнении завода Электрик, а на фиг. 20 приведена его электрическая схема. Трансформатор имеет вторичное напряжение холостого хода 60 в. Сварочный ток может регулироваться в пределах от 200 до 900 а. Максимально допустимый сварочный ток 540 а при ПВ 100% и 700 а для ПВ 60%. Вес трансформатора 380 кг. Регулирование сварочного тока производится перемещением подвижного сердечника в дроссельной обмотке посредством рукоятки, аналогично трансформаторам СТЭ.
В настоящее время разработана целая серия трансформаторов СТН на максимальные токи от 500 до 2000 а для ручной и автоматической сваркой. Мощные трансформаторы для автоматической сварки имеют электромоторный привод перемещения сердечника.
Управление электромотором может быть сделано дистанционным и вынесено к месту сварки на значительное расстояние от трансформатора. Наиболее совершенными и экономичными однопостовыми сварочными трансформаторами являются трансформаторы без дроссельной катушки с увеличенным внутренним магнитным рассеянием. Примером могут служить сварочные трансформа торы, впервые разработанные С. Т. Назаровым.
Повышенное индуктивное сопротивление в цепи трансформатора достигается введением пакета рассеяния, набранного из листового железа, между первичной и вторичной обмотками трансформатора, расположенными на различных стержнях. Передвижение пакета производится плавно с помощью червячного винта с приводным маховичком и позволяет регулировать сварочный ток в широких пределах с большой точностью. Отсутствие дроссельной катушки обеспечивает минимальные размеры и вес трансформатора и даёт значительную экономию в расходе материалов, железа и меди на изготовление трансформатора.
Схема устройства трансформатора показана на фиг. 21. Трансформатор изготовляется двух типов, габаритные размеры которых даны на фиг. 22. Меньший тип СТ-150 или Комсомолец имеет максимально допустимый сварочный ток 150 а при ПВ 60%, больший тип СТ-480—480 а при ПВ 60%. Трансформаторы изготовляются заводами промкооперации. В дальнейшем эти трансформаторы при участии автора их были конструктивно доработаны и усовершенствованы секцией электросварки Академии наук СССР под руководством акад. В. П. Никитина и выпускаются заводами промышленности, как тип СТАН.
Столь низкий коэффициент мощности весьма нежелателен для электростанций, производящих электроэнергию. Нормальным значением считается cos 9 = 0,8. За снижение cos у против нормы потребители электроэнергии штрафуются.
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: