Плавная регулировка сварочного тока осуществляется за счет изменения расстояния между катушками первичной и вторичной обмоток. Сближение обмоток уменьшает индуктивность рассеяния, что приводит к увеличению сварочного тока. Увеличение расстояния между обмотками увеличивает индуктивность рассеяния, обеспечивая уменьшение сварочного тока.

Ступенчатая регулировка тока производится путем одновременного переключения катушек первичной и вторичной обмоток. Параллельное включение обмоток соответствует диапозону больших токов, последовательное диапазону малых токов (рис. 1.2).

Напряжение холостого хода трансформатора зависит от расстояния между катушками: большее при сдвинутых обмотках, меньшеепри раздвинутых.

Трансформатор может работать в трех режимах: холостой ход, нагрузка, короткое замыкание.

Курсовая работа

«Сварочные трансформаторы»

с. Михайловское 2009 г.

Литература

1. Сварочные трансформаторы, принцип их действия

Силовые трансформаторы предназначены для питания током силовых и осветительных установок, они обычно трансформируют (преобразовывают) ток высокого напряжения, поступающий по линиям электропередачи, в ток более низкого рабочего напряжения (380-220 В). Это вторичное напряжение постоянно и не должно меняться от нагрузки. Режим короткого замыкания для них является аварийным, так как при этом растет ток до недопустимых пределов, происходят перегрев и выход из строя обмоток трансформатора.

В отличие от силовых сварочные трансформаторы работают в режиме меняющихся напряжений и тока и рассчитаны на кратковременные короткие замыкания сети.

Для сварки переменным током широко применяют однофазные трансформаторы, которые разделяют силовую и сварочную цепи и понижают высокое напряжение 380 или 220 В до величины не более 80 В. Внешняя вольтамперная характеристика вторичной цепи этих трансформаторов, т. е. зависимость между величиной сварочного тока и напряжением, должна обеспечивать ведение устойчивого сварочного процесса, учитывающего статическую характеристику сварочной дуги.

Наличие индуктивного сопротивления необходимой расчетной величины обеспечивает в трансформаторах стабилизацию дуги и ее восстановление при частом изменении полярности переменного тока.

Сварочные трансформаторы применяются для ручной дуговой сварки штучными электродами и в защитном газе, а также для сварки под флюсом. Внешние вольтамперные характеристики трансформаторов для ручной дуговой сварки подразделяются на крутопадающие / и пологопадающие //. Эти трансформаторы работают в режиме регулятора сварочного тока, который осуществляется путем изменения индуктивного сопротивления обмоток. Трансформаторы, предназначенные для питания автоматизированной сварки при постоянной, не зависящей от напряжения дуги скорости подачи электродной проволоки, имеют жесткую внешнюю характеристику ///.

Рис.1. Сварочный трансформатор с развитым магнитным рассеиванием и подвижными обмотками (разрез)

1 - ходовой винт; 2 - магнитопровод; 3 - ходовая гайка; 4 и 5 - вторичная и первичная обмотки; 6 - рукоятка

Рис.2. Электрические схемы сварочных трансформаторов

я - ТД-102 и ТД-306; б - ТД-300 и ТД-500

2. Устройство однофазных сварочных трансформаторов для ручной сварки

К однофазным сварочным трансформаторам относится большая группа трансформаторов серии ТД. По своей электромагнитной схеме это трансформаторы с увеличенным (развитым) магнитным рассеянием и подвижными обмотками (рис. 1). Они снабжены механическими регуляторами тока в виде ходового винта, пропущенного через верхнее ярмо стержневого магнитопровода и ходовую гайку обоймы подвижной обмотки. Ходовой винт вращается вручную рукояткой 6, ввинчиваясь в гайку, передвигает обмотку. Стержневой магнитопровод состоит из набора листовой стали толщиной 0,5 мм высокой магнитной проницаемости. Дисковые первичная 5 и вторичная 4 обмотки расположены вдоль стержней. Увеличенное магнитное рассеяние достигается за счет взаимного расположения обмоток. Одна из обмоток подвижная, другая неподвижная. При перемещении обмоток изменяется магнитное поле рассеяния. При увеличении расстояния увеличивается индуктивное сопротивление рассеяния, и ток уменьшается, при уменьшении расстояние уменьшается индуктивное сопротивление, и ток растет. При этом вторичное напряжение холостого хода практически остается почти неизменным. При большом раздвижении обмоток для получения малых токов надо увеличивать длину и массу магнитопровода. Для расширения возможности регулирования тока без увеличения массы магнитопровода применяют плавно-ступенчатое регулирование. В переносных трансформаторах ТД-102 и ТД-306 с номинальными токами соответственно 160 и 250 А подвижной является первичная обмотка, а вторичная неподвижно закреплена у верхнего ярма магнитопровода (рис. 2, а). При больших токах катушки первичной обмотки включены последовательно, а вторичной обмотки - параллельно (положение 1); при переходе на малые токи одна катушка вторичной обмотки отключается (положение 2).

В передвижных сварочных трансформаторах ТД-300 и ТД-500 с номинальными токами соответственно 315 и 500 А подвижными являются вторичные катушки, а неподвижными - первичные, которые закреплены у нижнего ярма магнитопровода (рис. 2, б). Для работы на больших токах витки первичной, а также вторичной обмоток соединяются параллельно (положение /); для перехода на малые токи витки обмоток соединяются последовательно (положение 2), при этом часть витков первичной обмотки отключается, что приводит к некоторому повышению напряжения холостого хода и, как следствие, улучшению стабильности дуги на малых токах.

Трансформаторы ТД-502 для токов до 500 А снабжены встроенными конденсаторами мощности, улучшающими коэффициент мощности

Трансформаторы серии ТД в настоящее время заменяются трансформаторами серии ТДМ (рис. 3) более совершенной конструкции. В них применена холоднокатаная специальная сталь толщиной до 0,35 мм, обеспечивающая более высокие электромагнитные свойства сердечников. Кроме того, использованы новые, более эффективные изоляционные и обмоточные материалы, усовершенствованы переключатели диапазонов сварочного тока и подключение проводов за счет переключателей ножевого типа и штыревых разъемов, улучшены внешний вид и эксцлуатационные характеристики трансформаторов, в частности устранена вибрация, характерная для трансформаторов ТД и других, более ранних серий. Серия ТДМ включает базовые трансформаторы ТДМ-317, ТДМ-401 и ТДМ-503 на токи соответственно 315, 400. и 500 А, а также ряд их модификаций. Трансформаторы серии ТДМ по принципу регулирования, электрической схеме и конструктивному исполнению близки серий ТД.

Для ручной дуговой сварки также используют трансформаторы с развитым магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом, которые имеют на стержневых магнитопроводах частично разнесенные вторичные обмотки. Как видно из рис. 4, а, на стержнях 1 расположены катушки первичной обмотки 2 и частично разнесенной обмотки 3 и 4. В окне между катушками и стержнями помещен магнитный шунт, который изготовлен из трансформаторной стали, и его можно перемещать. Регулируя передвижение шунта, можно изменить индуктивное сопротивление и величину сварочного тока. Для работы на больших токах катушки вторичной обмотки соединяются параллельно (рис. 4.б, положение Х 1), а для работы на малых токах основные катушки 3 соединяются последовательно, а катушка 4 отключается (положение Х 2). Плавное регулирование токов осуществляется передвижением шунта ручным приводом, но может быть механизировано. Трансформаторы этого типа марки CTIII имеют хорошие энергетические показатели, однако получили ограниченное распространение из-за большой трудоемкости изготовления по сравнению с трансформаторами серии ТД.

Рис. 3. Сварочный трансформатор ТДМ-317У2

1 - корпус; 2 - ручка для перемещения трансформатора; 8 - рукоятка для плавного регулирования сварочного тока; 4 - рукоятка для переключения диапазонов

Рис. 4. Трансформатор с подвижным магнитным шунтом

а - схема конструкции; б - электрическая схема; U 1 U 2 - вторичное напряжение холостого хода; 1 - стержни; 2-4 -обмотки; 5 -магнитный шунт

Сварочные трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и дросселями, имеющими воздушный зазор СТЭ-24 и СТЭ-34 (рис. 4.5, а), были обычными понижающими трансформаторами с жесткой характеристикой, а для создания падающей характеристики они комплектовались отдельными дросселями - проволочными катушками со стальными сердечниками, имеющими большое индуктивное сопротивление; эти трансформаторы использовались в начальный период развития сварки. Регулирование величины тока осуществлялось изменением воздушного зазора k путем передвижения подвижной части дросселя. Были также распространены трансформаторы со встроенным дросселем (рис. 5,б) серии GTH, предложенные академиком В. П. Никитиным для ручной сварки, и трансформаторы серии ТСД для механизированной сварки на больших токах, имеющие дистанционное управление током путем включения с пульта управления механизма перемещения подвижной части дросселя и изменения воздушного зазора

Рис. 5. Трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием

а -с дросселями, имеющими воздушный зазор; б - с встроенным дросселем; 1 - понижающий трансформатор; 2 - дроссель; 3 - подвижная часть дросселя

Незначительное распространение для ручной сварки цолучили трехфазное трансформаторы. Сварку от такого трансформатора обычно выполняют двумя электродами. При этом две фазы вторичной обмотки источника питания подключены к электродам, а третья - к изделию. Трехфазный трансформатор преобразует ток с 380/220 В на 60 В во вторичных обмотках с жесткой характеристикой. Для получения падающей характеристики установлены регуляторы тока на сердечнике, имеющем регулируемый воздушный зазор. Регулирование сварочного тока осуществляется изменением воздушного зазора.

Рис. 6. Трансформатор, регулируемый подмагничиванием шунта

а - схема конструкции; б- электрическая схема; в - схема конструкции шунта; г - электрическая схема шунта; U 1 - первичное напряжение сети; U 2 - вторичное напряжение холостого хода; U у - напряжение управления шунтом; - внешний магнитопровод; 2-5 - катушки обмотки; 6 - внутренний магнитопровод; 7 - катушки обмотки управления

3. Трансформаторы для автоматизированной сварки под флюсом

Для автоматизированной сварки под флюсом применяют трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, регулируемые подмагничиванием шунта (рис. 6). Большими преимуществами таких трансформаторов является отсутствие подвижных частей, что ликвидировало вибрацию, обеспечило малую инерционность и простоту дистанционного управления.

На стержнях внешнего магнитопровода расположена катушки первичной обмотки 2 и частично разнесенное катушки вторичной обмотки 5, 4, 5. Внутренний матнитопровод - это магнитный шунт, имеющий четыре катушки обмотки управления 7 и питаемый постоянным током. Трансформатор имеет два диапазона регулирования сварочного тока; в диапазоне малых токов нагрузка подключается к зажимам

Тиристорами называются управляемые полупроводниковые приборы - диоды. Диод благодаря полупроводниковым кристаллам обладает свойством односторонней проводимости тока. Тиристоры-более сложные управляемые диоды. Тиристорный силовой трансформатор (рис. 7) с повышенным магнитным рассеянием состоит из двух катушек - первичной обмотки 2 и вторичной 1. Для создания диапазона малых и средних токов служит реакторная воздушная дисковая обмотка 5, установленная в окне трансформатора в плоскости, параллельной его стержням. Тиристорный трансформатор имеет фазорегулятор, с помощью которого синусоидальные гармонические колебания переменного тока преобразовываются в знакопеременные импульсы, амплитуда и длительность которых зависят от угла (фазы) включения тиристоров фазорегулятора. Сейчас разработан ряд конструкций тиристорных трансформаторов, например серии ТДФЖ, в которых предусмотрены возможность автоматизации процесса сварки, программирование режима и т.д.

На рис. 8 приведена диаграмма напряжений и токов, получаемых при импульсной стабилизации фазорегулятором. В момент окончания безтоковой паузы при угле сдвига

Рис. 7. Тиристорный силовой трансформатор. 1 и 2 - катушки вторичной и первичной обмотки; 3 - дисковая обмотка

Рис. 8. Диаграмма напряжений и токов тиристорного трансформатора с импульсной стабилизацией

θ - длительность импульса тока; ι, u 20 - значения тока и напряжения в периоде

4. Эксплуатация сварочных трансформаторов

Сварочные трансформаторы являются основным источником питания сварочной дуги при ручной дуговой сварке различных строительных конструкций (табл. 1). Для ручной сварки на строительных площадках предпочтительно используются мобильные трансформаторы ТД-500 и ТДМ-503 и др., которые могут работать на малых и больших сварочных токах от 90 до 560 А. Трансформаторы ТД-300, ТДМ-317 и даже ТДМ-401 по мощности не удовлетворяют строителей. Эти трансформаторы большей частою используются в производственных цехах и на ремонтных работах. У всех современных трансформаторов серии ТД и ТДМ иногда наблюдаются плохое крепление магнитопровода к каркасу, неплотности ходового регулировочного устройства и контактов, плохое крепление кожуха и другие недостатки, допущенные при изготовлении и подготовке к эксплуатации. Они вызывают усиление вибрации, что приводит к преждевременному выходу трансформатора из строя. Очень опасно нарушение изоляции обмоток, которое может вызвать их разрушение, а также замыкание на корпус тока высокого напряжения.

Таблица 1. Технические характеристики трансформаторов

Использование мощных трансформаторов серии ТДФ или ТДФЖ на токи до 1000, 1600 и 2000 А для сварки под флюсом на строительной площадке, как правило, не практикуется. Они используются в цехах производственных предприятий, изготовляющих строительные конструкции.

Перед включением трансформатора в сеть необходимо удалить его смазку, затем продуть трансформатор сухим сжатым воздухом, подтянуть ослабленные крепления, убедиться, что на трансформаторе нет видимых повреждений, после чего проверить мегомметром на 500 В сопротивление изоляции между первичной обмоткой и корпусом, между первичной и вторичной обмотками и между вторичной обмоткой и корпусом. После этого можно подсоединить кабель нужного сечения и затянуть все контактные зажимы. Особенно тщательно необходимо заземлить трансформатор и зажим вторичной обмотки, к которому подключается провод к изделию, а также свариваемую конструкцию. Затем нужно установить нужный диапазон и сварочный ток по шкале, проверить соответствие напряжения сети напряжению, указанному на заводской табличке, после чего подключить трансформатор к сети через рубильник и предохранители.

Ежедневно перед работой следует осматривать трансформатор для устранения замеченных повреждений и недостатков.

Один раз в месяц очищать трансформатор от пыли и грязи и при необходимости подтягивать контакты.

Один раз в три месяца следует проверять наружным осмотром состояние конденсаторов фильтра защиты от радиопомех и при необходимости заменять их, тщательно зачищая контакты и затягивая винтовые соединения; проверять сопротивление изоляции.

Рис. 9. Электрическая схема параллельного соединения трансформаторов: и - первичное и вторичное напряжения трансформаторов; Т 1 и Т 2 - трансформаторы; Др1 и Др2 - дроссели; Пр - предохранители

Один раз в шесть месяцев следует очищать контакты и изоляционное части переключателя диапазона от медной пыли и грязи, смазывать контактные поверхности и части тугоплавкой смазкой.

При работе на открытом воздухе и во взрывоопасных помещениях и опасных условиях работы необходимо применять ограничитель холостого хода до 12 В для уменьшения напряжения при смене электрода.

Наиболее характерные неисправности сварочных трансформаторов, выявляемые при сварке: повышенная вибрация и гудение; повышенное напряжение холостого хода; толчки силовых катушек; повышенный нагрев (подгорание) контактов; замыкание высокого напряжения на корпус; перегрев трансформатора.

Все неисправности должны быть устранены электромонтажником при выключенном от силовой сети трансформаторе. Если мощности и номинальный сварочный ток имеющихся на строительной площадке трансформаторов недостаточны для сварки на большом токе, трансформаторы одного типа могут быть подсоединены параллельно (рис. 9). Однако при этом необходимо, чтобы напряжение холостого хода подсоединяемых трансформаторов было одинаково, сварочный ток каждого был отрегулирован на одно и то же значение. При сварке необходимо постоянно контролировать приборами (вольтметрами и амперметрами) значение напряжения и тока соединенных параллельно трансформаторов.

Дистанционное регулирование тока при сварке значительно упрощает работу сварщика, уменьшает потери его рабочего времени на переходы к источнику питания дуги для регулирования тока и, следовательно, повышает производительность труда. В новой модели тиристорного трансформатора для ручной сварки ТДЭ-402 можно осуществлять дистанционное регулирование с переносного пульта управления. В трансформаторе ТДФ дистанционно включается ток подмагничивания шунта, а в ТДФЖ регулирование силы сварочного тока осуществляется автоматически путем изменения скорости подачи сварочной проволоки.

5. Сварочные генераторы переменного тока повышенной частоты

Для ручной дуговой сварки переменным током стали небольшой толщины (1-3 мм) штучными электродами и сварки конструкций из алюминиевых сплавов неплавящимся вольфрамовым электродом в инертном газе требовалось повысить стабильность дуги, которая резко ухудшалась из-за необходимости применения малых сварочных токов.

Повысить стабильность можно увеличением частоты сварочного тока. Для этой цели использовался сварочный преобразователь переменного тока ПС-100-1 повышенной частоты (рис. 10). Преобразователь состоит из генератора однофазного переменного тока и приводного асинхронного трехфазного электродвигателя, имеющих общий вал и заключенных в один корпус. Генератор состоит из статора и ротора. Статор имеет две постоянные обмотки 5, соединенные последовательно, и обмотку возбуждения 4, питаемую постоянным током от селенового выпрямителя «В», который подключен к одной из фаз обмотки электродвигателя. Статор и ротор состоят из пакетов тонколистовой электролитической стали. При вращении зубчатого ротора наводится магнитный поток, вызываемый постоянным током обмотки возбуждения 4, в результате чего в постоянных обмотках создается электродвижущая сила (ЭДС), частота которой пропорциональна числу оборотов и числу зубцов ротора. Преобразователь ПС-100-1 был рассчитан на ток до 115 А с частотой 480 Гц.

Для получения падающей характеристики и регулирования тока в сварочную цепь включался последовательно специальный дроссель.

Рис. 10. Электрическая схема преобразователя (генератора) ПС-100-1

1 - электродвигатель; 2 - генератор; 3 и 4 - обмотки

Преобразователь ПС-100-1 получил ограниченное распространение вследствие небольшой мощности, сравнительно высокой стоимости и недостаточно хороших технологических показателей.

6. Аппаратура для возбуждения и стабилизации дуги при ручной сварке

Для возбуждения и стабилизации дуги применяются специальные аппараты (устройства), приспособленные для работы с серийными источниками питания переменного и постоянного тока.

Эти аппараты обеспечивают наложение тока высокого напряжения и высокой частоты на сварочную цепь. Они разделяются на два типа: возбудители непрерывного действия и возбудители импульсного питания. К первым относятся осцилляторы, которые, работая совместно с источниками питания дуги, обеспечивают ее возбуждение наложением на сварочные провода тока высокого напряжения (3000-6000 В) и высокой частоты (150-250 кГц). Такой ток не представляет большой опасности для сварщика при соблюдении им правил электробезопаспости, но дает возможность возбуждать дугу, не касаясь электродом изделия. Высокая частота обеспечивает спокойное горение дуги даже при малых сварочных токах основного источника. Электрическая схема осциллятора ОСПЗ-201 приведена на рис. 11. Как видно из схемы, осциллятор включен в сварочную цепь параллельно и в цепь переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц, Предохранитель

Осцилляторы последовательного включения (рис. 12) считаются более эффективными, так как не требуют установки в цепи источника специальной защиты от высокого напряжения. Как видно из схемы, катушка

Рис. 11. Электрическая схема осциллятора, включенного в сварочную цепь параллельно

Рис.12. Электрическая схема осциллятора последовательного включения

Основные типы применяемых осцилляторов и их характеристики приведены в табл. 2. При сварке переменным током требуются возбудители с импульсным питанием, которые наряду с первоначальным возбуждением дуги должны способствовать ее зажиганию при смене полярности переменного тока. Казалось бы, что осцилляторы отвечают этому требованию. Однако они неудовлетворительно выполняют повторные зажигания при смене полярности переменного тока источника, в результате чего действующий сварочный ток колеблется и ухудшается качество сварки. Кроме того, несинхронизированные осцилляторы создают значительные радиопомехи. Для стабилизации дуги переменного тока используются возбудители-стабилизаторы с импульсным питанием, управляемые напряжением дуги. Как правило, они являются частью установки для сварки на переменном токе. Так, в комплекте со сварочным трансформатором ТДМ-503-4 промышленность выпускает возбудитель-стабилизатор, управляемый напряжением дуги ВСД-01.УЗ. Амплитуда импульса стабилизатора достигает.400-600 В. Энергия импульса накапливается в накопителе, обычно емкостном. Импульс вводится в цепь дуги по команде управляющего устройства. Такой тип стабилизатора называется активным в отличие от пассивных стабилизаторов, в которых импульс генерируется за счет процессов, происходящих в цепи дуги. Промышленностью используются стабилизаторы активного типа как более надежные. Управляющее устройство стабилизатора задерживает импульс на 60-100 мкс, что вместе с запозданием срабатываемых коммутаторов обеспечивает наиболее эффективное время ввода импульса для стабилизации дуги. Стабилизировать процесс сварки переменным током можно с помощью тиристорных трансформаторов.

Таблица 2. Характеристики осцилляторов

Литература

1. Алексеев Е. К., Мельник В. И. Сварка в промышленном строительстве. - Μ .· Стройиздат, 2000. - 377 с.

2. Алешин Н. Пм Щербинский В. Г. Контроль качества сварочных работ. - М.: Высш. школа, 2006. - 167 с.

3. Безопасность производственных процессов/Под ред. С. В. Белова - М.: Машиностроение, 1995. - 448 с.

4. Блинов AsH.t Лялин К. В- Организация и производство сварочно-монтажных работ, - М: Стройиздат, 1998. - 343 с.

5. Думов С. И. Технология электрической сварки плавлением.- Л.: Машиностроение, 2007. - 468 с.

КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ»

УТВЕРЖДАЮ

ПЕРВЫЙ ПРОРЕКТОР

ПАТРУШЕВ А.А.

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

«»

Для студентов 2 курса

Факультет ТС в АПК

по специальности 03 05 00.01 Профессиональное обучение (агроинженерия)

Челябинск

СНЯТИЕ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТД-300

Цель работы: ознакомиться с требованиями к источникам питания для электродуговой сварки; изучить принцип работы сварочного трансформатора и метод регулирования сварочного тока. Ознакомиться с вольтамперной статической характеристикой дуги; снять внешние характеристики сварочного трансформатора, определить режим наибольшей устойчивости сварочной дуги и оптимальные параметры сварки.

Оснащение рабочего места

Плакаты со схемами сварочных трансформаторов.

Трансформатор-стенд.

Трансформатор ТД-300.

Жидкостный реостат.

Измерительные приборы: вольтметр, амперметр.

Штанга для короткого замыкания.

Резиновые коврики, перчатки.

Основные положения

Техническая характеристика сварного трансформатора ТД-300.

Т - трансформатор;

Д - дуговой;

«300» - максимальный из номинальных сварочный ток I св. m ах = 300А (из номинальных, т.е. рекомендованных величин тока при продолжительности сварки ПР=60%). Таким образом, рекомендуются номинальные (рабочие) сварочные токи

I св. ≤ 300А.

ПР – повторно-кратковременный режим (отношение продолжительности рабочего периода (собственно сварки) к продолжительности цикла сварки. Продолжительность цикла сварки равна сумме времени сварки рабочего периода и холостого хода, когда оборудование подключено к сети, но сварка не ведётся.

ТД-300 служит для питания одного сварочного поста при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов переменным током промышленной частоты (50 Гц).

Толщина свариваемых кромок - от 3 до 14 мм и более. Сварка производится электродами диаметром от 3 до 8 мм.

Максимальный рабочий сварочный ток 300 А.

Пределы регулирования сварочного тока:

при диапазоне малых токов 60-160 А;

при диапазоне больших токов 160-385 А.

Номинальное первичное напряжение 380 В.

Первичный ток 53,5 А.

Вторичное напряжение (холостого хода):

при диапазоне малых токов 78 В;

при диапазоне больших токов 60 В.

Условное номинальное рабочее напряжение под нагрузкой

(при длине дуги 5 мм) 32 В.

7. Потребляемая мощность 20,5 кВт.

Сварочные трансформаторы просты по устройству и в эксплуатации, имеют более высокий КПД, чем генераторы постоянного тока, способны работать непосредственно от силовой сети переменного тока, благодаря чему они нашли широкое применение.

Основные требования к сварочным трансформаторам:

1) наличие падающей внешней характеристики;

2) обеспечение постоянных по величине тока и напряжения.

Внешней характеристикой любой электрической машины называется зависимость напряжения от силы тока на ее зажимах. Различают жесткие, падающие и возрастающие внешние характеристики (рис. 1).

При работе на жестких характеристиках по мере увеличения нагрузки во внешней цепи напряжение не изменяется (осветительная, силовая цепь). Во время коротких замыканий в такой сети сила тока достигает больших величин, что ведет к перегоранию предохранителей или загоранию проводов.

Возрастающие характеристики применяются при автоматической сварке. При ручной дуговой сварке используются аппараты только с падающими характеристиками, так как именно они способны ограничить токи короткого замыкания, весьма часто возникающие в процессе сварки. Режим короткого замыкания имеет место в момент возбуждения дуги сварщиком путем касания электродом изделия, через каплю металла, накоротко замыкающую дуговой промежуток и т.д., то есть является равноправным с рабочим режимом.

Если бы у сварочных аппаратов не было падающих характеристик, то обмотки трансформаторов воспламенялись бы, в случае отказа предохранителей.

Сварочные трансформаторы являются понижающими и так же, как обычные, основаны на принципе магнитной индукции. Однако они отличаются от обычных трансформаторов тем, что для получения падающих характеристик в их вторичную, то есть сварочную цепь, включена катушка индуктивности - так называемый дроссель. Дроссель вырабатывает ЭДС самоиндукции, направленную противоположно наводимой ЭДС индукции со стороны первичной обмотки и взаимодействует с нею алгебраически. Чем больше ток в сварочной цепи, тем больше противо - ЭДС и тем меньше суммарное напряжение. При максимально возможном токе - токе короткого замыкания, суммарное напряжение равно нулю, а на оси «I» отсекается отрезок величины тока короткого замыкания I кз

При обрыве сварочной дуги противо - ЭДС становится равной нулю, и таким образом, в отсутствие тока в цепи напряжением снова станет равным ЭДС индукции, то есть напряжение холостого хода U x . x . (отрезок на оси «U» - рис. 1).

Рисунок 1 - Внешние характеристики: 1 – жесткая, 2 – возрастающая, 3 – падающая

Для регулирования потока самоиндукции магнитопровод в дросселях делают разъемным с регулируемым воздушным зазором. Изменяя величину воздушного зазора, можно получить бесчисленное множество внешних характеристик трансформатора и столько же величин сварочного тока (I св), т.е. можно регулировать (менять или задавать) величину I св.

Однако ТД-300 относится к группе трансформаторов с повышенным рассеянием магнитного потока, роль дросселя в которых выполняют подвижные катушки вторичной обмотки. При сближении первичной и вторичной обмоток достигается уменьшение индуктивности рассеяния, что приводит к уменьшению суммарного напряжения (противо-ЭДС рассеялось немного и ее вычитание из основной ЭДС дает малое суммарное напряжение) и увеличению сварочного тока. Увеличением же расстояния между обмотками достигается увеличение рассеяния и уменьшение сварочного или настроечного тока. Поэтому такие трансформаторы называют трансформаторами с повышенным магнитным рассеянием. Таким образом, эти трансформаторы способны выработать бесчисленное множество внешних характеристик (рис. 2) и столько же величин сварочных токов.

Рисунок 2 - Внешние характеристики сварочного трансформатора для ручной дуговой сварки (а – крутопадающая; б – пологопадающая)

Упрощенная схема трансформатора с повышенным рассеянием магнитного потока представлена на рис. 3.

Рисунок 3 - Упрощенная схема сварочного трансформатора с повышенным рассеянием магнитного потока

Сварочный трансформатор состоит из следующих основных узлов:

1 - магнитопровод; 2 - первичная обмотка; 3 - вторичная обмотка.

Сварочная цепь (5) включает в себя вторичную обмотку (3), электрододержатель (4) и сварочный столик (6).

Через верхнее ярмо трансформатора пропущен ходовой винт (7), опирающийся на подпятник (8). Ходовой винт ввинчивается в ходовую гайку (9), вмонтированную в траверсу подвижной вторичной обмотки. При вращении ходового винта, осуществляемого с помощью рукоятки (10), находящейся сверху трансформатора, перемещается вторичная обмотка, и, тем самым, изменяется расстояние между обмотками (регулируется величина сварочного тока).

На рис. 3 показано параллельное соединение парных катушек в первичной и вторичной обмотках. При такой схеме подключения получают диапазон больших настроечных токов (160-365 А).

Если катушки соединить между собой (попарно) последовательно, то получится диапазон малых настроечных токов (60…160 А), который с успехом можно использовать при сварке тонких листов и т. п.

Диапазоны тока (на последовательное или параллельное соединение катушек) обеспечиваются переключателем барабанного типа, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора и на рис. 3 не указана.

Проведение эксперимента

Источник питания и сварочная дуга представляют собой единую энергетическую систему. Это означает равенство токов и напряжения на дуге и зажимах трансформатора. Однако характер проводимости в этих участках единой цепи различен, поскольку дуга является проводником 2-го рода (с ионной проводимостью), а трансформатор - 1-го рода (с электронной проводимостью).

Важным различием их является то, что при повышении температуры проводника 2-го рода его проводимость увеличивается, а 1-го рода - снижается.

В электрических цепях наиболее сильное влияние на повышение температуры в в проводниках оказывает сила тока. Согласно закону Джоуля – Ленца, (калорий)

Q=0,24×I 2 ×R×t, (1)

где Q - количество тепла;

I- сила сварочного тока, А;

R - сопротивление, Ом;

t - время, с;

0,24 - тепловой эквивалент.

Квадратичная зависимость между током и тепловыделением показывает, что даже небольшие изменения силы сварочного тока могут вызвать резкие колебания скорости оплавления электрода, привести к неровностям наплавки и нарушению расчетного сечения сварного шва, т.е. к браку.

Сварочная дуга также имеет свою внешнюю характеристику, которую называют статической вольтамперной характеристикой. Статической она называется потому, что справедлива только для одной ее длины. Если изменить длину дуги, то получится новая вольтамперная характеристика. Таким образом, и дуга может иметь бесчисленное множество характеристик (рис. 4).

Напряжение на дуге:

Uд=a ка +b×lд, (2)

где a ка - сумма напряжений в катодной и анодной областях (a ка =10В);

b- падение напряжения в столбе дуги (b = 2 В/1 мм дуги);

lд - длина дуги, мм (lд = 2...5...8 мм)

На рис. 4 видно, что при ручной дуговой сварке, характеризующейся применением токов в диапазоне 80...1000 А, напряжение не зависит от силы тока. Однако оно сильно зависит от длины дуги (по вертикали, т. е. от ее сопротивления).

Рабочие режимы сварки при данной длине дуги и данном настроечном токе определяют путем наложения вольтамперной характеристики дуги на внешнюю характеристику источника питания и нахождения точек их пересечения (рис. 5, точки 1 и 2).

Предположим, что при одном и том же настроечном токе трансформатора, которому соответствует внешняя характеристика на рис. 5, длина дуги изменяется на 5 мм, что соответствует изменению напряжения дуги на 10 В. Поскольку сварка на режимах точек 1 и 1 ¢ никогда не ведется из-за слишком малых токов и неустойчивого состояния дуг, необходимо определить какое изменение тока в сварочной цепи получится при уменьшении длины дуги на 5 мм при переходе от режима точки 2 (I 2 ; U 2) к режиму точки 2 ¢ (I 2 ¢ ; U 2 ¢). Разность DI и составит искомую величину разбаланса тока в сварочной цепи.

Рисунок 4 - Статическая вольтамперная характеристика сварочной дуги. (l – длина дуги; l 1 > l 2 > l 3)

Сварочный трансформатор представляет собой специальное устройство, которое преобразует ток, поступающий из обычной электрической сети в ток, с помощью которого можно осуществлять процесс сварки . Достигается это путем небольшого электросети, а сам ток при этом возрастает до мощности в 1000 А и больше. Для большего понимания принципа работы данного устройства, а также каким должно быть его обслуживание и назначение, необходимо детально разобраться в специфике конструкции сварочного трансформатора.

Если рассматривать сварочный трансформатор в целом, то можно довольно быстро понять, что они все довольно похожи друг на друга . Соответственно, и принцип работы и устройство сварочного трансформатора будет идентичным.

В конструкции большинства устройств находится стальной сердечник, состоящий из нескольких пластин одинаковых размеров.

Полезное видео на данную тему

Что касается обмоток, то они должны быть изолированы друг от друга в обязательном порядке. Как только трансформатор подключается к сети, то электричество начинает поступать на первичную обмотку. В результате этого начинает возникать магнитное поле, которое поступает на вторичную обмотку, отличающаяся от первичной по нескольким параметрам. Это различие отображается в разном количестве витков, в соответствии с определенными параметрами устройства. Получается, что возникающее на вторичной обмотке магнитное поле , отличной от той, что была на первичной обмотке. Не последнюю роль здесь играет и само расстояние от двух обмоток, т.е. чем больше оно, тем ниже показатели напряжения, а ток, напротив, возрастает. Обмотка вторичного типа имеет два выхода, один из которых соединяется с электрододержателем, а второй — с зажимом. Соответственно, к электрододержателю присоединяется присадочный материал, а к зажиму — заготовка для создания электроцепи.

Вообще, принцип работы и само устройство данного трансформатора основаны на некотором корректировании изначально заданных параметров преобразования тока. В зависимости от модели, в конструкции может находиться различные датчики автоматического отключения, следящие за показателями температуры, напряжения и т.д. Как только показатели доходят до критической отметки, данная система попросту отключает трансформатор в автоматическом режиме.

Еще один наглядный видеоматериал

Классификация

Абсолютно все сварочные трансформаторы можно классифицировать по нескольким параметрам :

• Фазность, т.е. устройство однофазного или трехфазного вида (220 В и 380 В, соответственно).
• По некоторым конструктивным особенностям. В различных моделях существует разный способ переключения обмоток, у одних в данной роли выступает дроссель насыщения, а у других — магнитное рассеяние.
• По общему числу обслуживаемых мест.

Кроме того, сварочные трансформаторы будут отличаться разными показателями мощности, напряжением на первичной и вторичной обмотке, а также показателем мощности тока. Подобное разнообразие позволяет покупателю выбрать тот вариант, который подходит для каждой конкретной цели.

Что касается конструктивных особенностей, то отдельного упоминания заслуживают тиристорные устройства, в конструкции которых используется фазорегулятор тиристорного типа и силовой блок.

Подобные агрегаты обладают меньшими габаритными размерами, в сравнении с прочими аналогами.

Основные параметры и устройство

Для большего понимания конструкции, рассмотрим устройство трансформатора сварочного действия на примере модели ТДМ:

На рисунке мы видим несколько основных рабочих узлов:

Цифра 1 — это первичная обмотка, состоящая из изолированного провода. Сюда поступает электричество, сразу после подключения агрегата в сеть.

Цифра 2 — это вторичная обмотка, на которой, как правило, нет изоляции. Здесь присутствуют специальные каналы, которые охлаждают данный рабочий узел.

Цифра 3 — это сердечник трансформатора, т.е. подвижная часть магнитопровода.

Цифра 4 — подвесная система агрегата.

Цифра 5 — это специальная система, которая регулирует расстояние между обмотками устройства.

Цифра 6 — это подвижной регулировочный винт, отвечающий за изменение расстояния между обмотками.

Цифра 7 — ручка управления регулировочного винта.

Выбор в качестве примера модели ТДМ не случаен, ведь они довольно распространены на российском рынке.

Изготовлены они из специального листового материала, толщина которого составляет всего 0,35 мм. Среди линейки моделей ТДМ присутствуют агрегаты, которые работают с различными мощностями тока — 315, 400 и 500 А, соответственно.

Для абсолютно любого вида сварочного трансформатора устанавливают определенные параметры :

• показатель мощности — кВ.A;
• период включения — в процентном соотношении;
• сварочный ток — А;
• показатель напряжения при холостом ходе — В.

Соответственно, любая модель с магнитным рассеиванием будет обладать продолжительностью работы примерно 65%, при показателях тока от 500 до 2000 Ампер. Показатель мощности сварочного трансформатора находится в диапазоне от 30 до 162 кВ.A. В подобных устройствах прослеживается определенная зависимость величины, где рассчет сварочного тока зависит от продолжительности самой сварки. Т.е. чем меньше будет эта продолжительность, тем больше будет показатель тока.

Помимо этого, существуют и другие обозначения сварочных преобразователей. Серия ТД относится к однофазному типу трансформаторов. В конструкции данных моделей присутствует подвижная обмотка, а также специальный регулятор, корректирующий показатели тока. Когда движется ходовой винт, при помощи ручки осуществляется перемещение этой самой обмотки.

Модели ТД-300 и ТД-500 имеют в своей конструкции вторичные движущиеся катушки. Модель ТД-502 ко всему прочему оснащена еще и конденсатором мощности.

Устройство магнитопровода

Отмечают несколько видов сердечника : броневые, стержневые, витые и кольцевые. Наибольшее распространение получили именно броневые сердечники, которые и применяются на практике. Сердечники витового типа обладают шириной 8 см, а изготавливаются они из специальной стали, толщина листа которой составляет всего 0,5 мм.

Первичная обмотка состоит из алюминиевой проволоки, толщина которой составляет порядка 0,15 см. Сами витки изолированы с помощью картона, толщина которого составляет 0,5 мм, а также слюдинита.

В качестве изоляции проводов может использоваться светлоткань или лак. При этом, само расположение витков тоже играет большое значение, ведь они очень сильно нагреваются в процессе эксплуатации. И если несколько витков выходит из строя, то и вся катушка оказывается в нерабочем состоянии.

Вторичная обмотка состоит только из одного витка. Кроме того, в ее конструкции находится трубка, в которой находится жидкость, охлаждающая саму вторичную обмотку. Витки вторичной обмотки выполнены из обычной меди, толщина проводов, при этом, составляет порядка 1,4 см.

Устройство пускового механизма

Само устройство данного механизма состоит из магнитопровода, пары обмоток и трансформатора.

Очень большую роль в конструкции играют также клеммы, через которые поступает постоянный ток, и зарядное.

В пусковом механизме также находится специальный переключатель, ответственный за корректировку напряжения и числу одновременно подключенных обмоток к выпрямителю. При этом, пусковой механизм работает от стандартного напряжения в 220 В.

Заключение

Исходя из описания устройства сварочных трансформаторов, можно сделать вывод, что данные агрегаты довольно просты не только в своей конструкции, но и в процессе своей дальнейшей эксплуатации .

Некоторая однообразность моделей при этом не мешает выполнять основные функции, которые заложены сами производителем.

Тем не менее, существует достаточно много разновидностей моделей, отличающихся по многим показателям, поэтому каждый покупатель сможет подобрать для себя именно то устройство, которое необходимо для выполнения интересующих его задач.