Сварочные трансформаторы
Сварочные трансформаторы несложны по устройству, отличаются малыми размерами и весом, имеют большой к. п. д. Сварочные трансформаторы расходуют электричества практически в 2 раза меньше если сравнивать с агрегатами постоянного тока. К. п. д. сварочных трансформаторов достигает 85—90%.
Для получения падающей характеристики на электродах дуги включают последовательно с дугой в сварочную цепь нужное сопротивление. По экономическим соображениям это сопротивление должно быть чисто индуктивным, с минимальной активной составляющей. Индуктивность вторичной цепи трансформатора возможно расширить включением последовательно с дугой индуктивного сопротивления дроссельной катушки, отделенной от трансформатора либо объединенной с ним.
Существуют конструкции трансформаторов, индуктивность вторичной цепи которых снабжает нужную падающую чёрта.
Так, возможно выделить четыре следующие главные совокупности сварочных трансформаторов:
1) с отдельной дроссельной катушкой во вторичной цепи;
2) с дроссельной катушкой во вторичной цепи, конструктивно объединенной в одно целое с трансформатором;
3) с увеличенной индуктивностью без дроссельной катушки;
4) с подвижной обмоткой; при повышении расстояния между первичной и вторичной обмотками трансформатора сварочный ток понижается, при уменьшении расстояния — увеличивается.
Рис. 1. Схемы сварочных трансформаторов
Рис. 2. Сварочный трансформатор СТЭ
Вероятны, само собой разумеется, и другие методы регулирования трансформаторов, к примеру методом секционирования включения и обмотки разного числа витков. Вилоизменяя главные схемы и объединяя элементы отдельных схем, образуют множество вероятных конструкций и систем сварочных трансформаторов. Сварочные трансформаторы изготовляют в большинстве случаев однофазными, сухими, с естественным воздушным охлаждением.
Рис. 3. Схема устройства регулятора РСТЭ
Примером трансформатора с отдельной дроссельной катушкой могут служить трансформаторы конструкции завода «Электрик» типа СТЭ. Комплектный сварочный аппарат складывается из трансформатора СТЭ и дроссельной катушки либо регулятора РСТЭ, включаемого во вторичную цепь последовательно с дугой. Магнитопровод дроссельной катушки сделан разъемным. Подвижный сердечник магнитопровода может перемещаться вращением рукоятки регулятора.
Перемещение подвижного сердечника меняет воздушный зазор магнитопровода и тем самым индуктивное сопротивление дросселя, а следовательно, и сварочный ток, поскольку изменяется черта, отнесенная к электродам дуги. Величины сварочного тока и воздушного зазора осуществляют контроль по шкале указателя, скрепленного с подвижной частью магнитопровода. В первом приближении возможно принять, что сварочный ток изменяется прямо пропорционально величине воздушного зазора магнитопровода дроссельной катушки.
Рис. 4. Регулятор РСТЭ
Трансформаторы СТЭ бывают нескольких типов, отличающихся только мощностью, и вычислены на сварочный ток 230—500 а для ПР 60%. Маленькие габаритные размеры и вес делают сварочные трансформаторы достаточно портативными. дроссель и Трансформатор перемещаются на роликах и снабжены ручками.
На данный момент трансформаторы заменены более идеальными конструкциями, но необходимо заметить, что в течении приблизительно 30 лет эти трансформаторы были главными источниками питания при ручной дуговой сварке.
Вторичное напряжение трансформаторов для ручной дуговой сварки с отдельной дроссельной катушкой образовывает 60—65 в. Увеличение вторичного напряжения сварочного трансформатора облегчает зажигание дуги совершает ее более устойчивой. Иначе, увеличение вторичного напряжения увеличивает размеры, стоимость и вес дроссельной катушки и трансформатора, возрастает опасность поражения сварщика током. Понижение же напряжения ухудшает зажигание дуги совершает ее менее устойчивой.
Напряжение 60—65 в, выбранное на основании долгой практики, самый приемлемо для большинства случаев.
Дуговая сварка, в особенности ручная, формирует прерывистую нагрузку для источника тока; за горением дуги следуют перерывы для смены электродов, зачистки швов и т. д. Режимом нагрузки определяется большой ток, что возможно взят без перегрева обмоток источника. Режим определяется коэффициентом ПР — прерывистой работы, воображающим собой отношение рабочего периода к длительности полного цикла работы, что не должен быть больше 5 мин.
ПР 100% свидетельствует горение дуги без перерывов. ПР 60% говорит о том, что в пятиминутном цикле дуга горит 3 мин, а перерывы в горении занимают 2 мин. Чем меньше ПР, тем больше максимально допустимая сила тока.
Примером сварочных трансформаторов, конструктивно объединенных в одно целое с дроссельной катушкой, могут служить трансформаторы СТН, предложенные акад. В. П. Никитиным еще в 1925 г. Трансформаторы СТН для ручной и автоматической сварки были вычислены на сварочные токи до 2000 а. На данный момент производство этих трансформаторов прекращено.
Современные трансформаторы с увеличенным внутренним магнитным рассеянием без дроссельных катушек имеют пакеты рассеяния, собранные из трансформаторной стали, либо подвижные обмотки трансформатора. Перемещая пакеты рассеяния, изменяют потоки рассеяния в трансформаторе. С повышением потоков рассеяния сварочный ток значительно уменьшается, с уменьшением — возрастает.
В трансформаторах с подвижными обмотками, уменьшая расстояние между первичной и вторичной обмотками, увеличивают сварочный ток, и напротив.
Рис. 5. Сварочный трансформатор СТШ-500
Рис. 6. Сварочный трансформатор ТД-500
Самый распространены трансформаторы для ручной дуговой сварки на номинальные сварочные токи 300 и 500 а. Примером современного трансформатора может служить трансформатор СТШ-500, созданный Университетом электросварки им. Е. О. Патона (рис. 4).
Его номинальный сварочный ток 500 а при ПР 60%, вторичное напряжение холостого хода 60 в, вес 220 кг. Плавное регулирование сварочного тока осуществляется при помощи двух подвижных магнитных шунтов. Трансформатор владеет высокой надежностью в работе.
Подобный трансформатор ТД-500 (рис. 6), созданный во внииэсо, имеет два диапазона регулирования сварочного тока:85—240 и 240-700 а. Номинальный сварочный ток 500 а при ПР 60%; вторичное напряжение холостого хода 76 в Для меньших и 60 в для громадных токов; вес 210 кг. Пара меньший по мощности трансформатор ТД-300 запланирован на номинальный сварочный ток 300 а при ПР 60% с пределами регулирования 60— 400 а и двумя рабочими диапазонами с напряжениями 61 и 79 в; вес 137 кг.
Расстояние между первичной и вторичной обмотками трансформаторов ТД-500 и ТД-300 регулируют вращением рукоятки на корпусе. Указанные трансформаторы достаточно компактны и транспортабельны, при наличии роликов легко перемещаются в заводских цехах.
Рис. 7. Сварочный трансформатор ТСП-2
Рис. 8. Конструкция сварочного трансформатора ТСП-2
В некоторых случаях нужны не только мобильные, но и переносные сварочные трансформаторы. За счет экономного конструирования, применения лучших изоляции и материалов, допускающей более большой нагрев, удалось создать легкие переносные сварочные трансформаторы для строительных, монтажных, ремонтных и тому аналогичных работ. Таковой трансформатор ТСП-2, созданный ВНИИЭСО, продемонстрирован на рис. 7. Он запланирован на прерывистую работу с ПР 20% и номинальный сварочный ток 300 а; напряжение холостого хода 62 в.
На рис. 8 продемонстрировано устройство для раздвижения обмоток (как у трансформаторов ТД). Вес трансформатора ТСП-2 всего 65 кг. Существуют еще более легкие переносные трансформаторы. К примеру, трансформатор ВНИИЭСО ТДП-1 (номинальный сварочный ток 160 а ПР 20%) весит всего 38 кг, а трансформатор СТШ-250, созданный Университетом электросварки им. Е. О. Патона (рис.
9), с номинальным сварочным током 250 а при ПР 20%, с напряжением холостого хода 60 в весит 40 кг. Не считая рассмотренных трансформаторов для ручной дуговой сварки, изготовляется много сварочных трансформаторов особых типов для автоматической дуговой сварки, дуговой сварки в защитных газах, электрошлаковой сварки и т. д. О некоторых особых трансформаторох будет упомянуто дальше, при рассмотрении соответствующих видов сварки.
Значительным недочётом сварочных трансформаторов есть низкий коэффициент мощности cos
Рис. 9. Сварочный трансформатор СТШ-250
Рис. 10. Схема улучшения cos ф сварочного трансформатора
Коэффициент мощности возможно улучшен включением в сеть, питающую сварочные трансформаторы, емкостной нагрузки с опережающим углом ф, для чего эргономичнее всего параллельно к зажимам первичной обмотки каждого отдельного сварочного трансформатора присоединять конденсатор (рис. 10). Для каждого трансформатора при ручной сварке в большинстве случаев небольшого конденсатора, что возможно встроен в кожух трансформатора.
—-
Обшие требования к трансформаторам: напряжение холостого хода не должно быть больше 80 В, регулирование тока должно осуществляться по возможности медлено.
Рис. 11. Электрическая схема сварочного трансформатора типа СТЭ: /, //, III — первичная, вторичная и реактивная обмотки; Л — подвижной пакет сердечника дросселя, S — воздушный зазор в сердечнике
Рис. 12. Электрическая схема сва-1 рочного трансформатора типа СТН: I, II, III— первичная, вторичная и ре-1 активная обмотки; П — подвижной пакет сердечника дросселя, S — воздушный зазор в сердечнике
В Советском Альянсе используются сварочные трансформаторы двух групп: I — с обычным реактивной катушкой и магнитным рассеянием (дросселем); реактивная катушка может размешаться на отдельном магнитопроводе (сварочный трансформатор и-трансформаторы типа завода «Электрик») либо на неспециализированном магнитопроводе (трансформаторы типа СТН — сварочный трансформатор В. П. Никитина); И —с увеличенным магнитным рассеянием (трансформаторы типов ТС — трансформатор сварочный, ТСК. — с конденсатором, ТД— трансформатор дуговой, СТАН — сварочный трансформатор Академии наук и СТШ — сварочный трансформа тор шунтовой).
Технические данные трансформаторов для ручной сварки при. водятся в табл. 50. Электрические принципиальные схемы транс, форматоров даны на рис.
12—14. Устройства, создающие падаю, направляться вольт-амперную чёрта трансформатора, обеспечи. вают регулирование и устойчивое горение дуги сварочного тока Эти устройства являются дросселем, механизм перемещения и магнитный шунт вторичной обмотки.
Рис. 13. Электрические схемы сварочных трансформаторов СТАН (а) и СТШ (б):
Рис. 14. Электрическая схема трансформатора типа ТСК:
Создание падающей вольт-амперной характеристики. Для зажигания дуги требуется повышенное напряжение если сравнивать с напряжением дуги. Во вторичной обмотке сварочного трансформатора индуктируется постоянная электродвижущая сила.
Она равна напряжению на зажимах сварочной цепи.
При нагрузке ток вторичной обмотки формирует магнитный поток в сердечнике дросселя (либо трансформатора). Данный магнитный , поток индуктирует э. д. с. самоиндукции либо реактивную э. д. с. рассеяния. И в том и другом случае это ведет к образованию индуктивного сопротивления в сварочной цепи и падению напряжения на дуге, т. е. к созданию падающей характеристики. Распределение э. д. с. источника питания в цепи продемонстрировано на рис. 15 улучшение устойчивости горения дуги.
В ходе перехода капли электродного металла на изделие происходит замыкание.
Второй метод связан с применением электродных покрытий, имеющих особенные технологические особенности. Такие покрытия еще не созданы. При работе на сварочных токах более 250 А напряжение холостого хода возможно снижено и, следовательно, повышена устойчивость дуги.
Время перерыва возможно уменьшить применением тока повышенной частоты. Данный метод время от времени применяется в сварочной практике. В этом случае пользуются преобразователями с генераторами повышенной частоты, к примеру, типа ПС-100-1 с частотой тока 480 Гц.
Время перерыва уменьшится во столько раз, во какое количество раз увеличится горение дуги и частота тока делается устойчивым.
Сварочная дуга, горящая на переменном токе со большой индуктивностью в цепи, не имеет перерывов, поскольку э. д. с. самоиндукции поддерживает ее горение. Чтобы величина э. д. с. самоиндукции была достаточной для поддержания горения дуги в момент понижения напряжения источника, нужен определенный угол сдвига фаз ф между напряжением и током. Устойчивое горение дуги на любых сварочных токах обеспечивается при cos ф = 0,35—0,6.
Регулирование сварочного тока. Изменение величины сварочного тока возможно создавать следующими методами:
— трансформацией величины вторичного напряжения холостого хода трансформатора секционированием числа витков первичной либо вторичной обмоток;
Рис. 15. Схема образования внешней характеристики: 1 — напряжение во вторичной обмотке сварочного трансформатора, 2 — падающая черта источника питания, 3 — статическая черта дуги, 4 — точка устойчивого горения дуги U, U3 , ид — напряжение источника, зажигания, дуги; t — время; I — сила тока, Т — время полного периода синусоидального напряжения источника; —время обрыва дуги
Рис. 18. тока изменения дуги и Кривые напряжения при активном сопротивлении в цепи: U, U3 , Од — напряжение источника, зажигания, дуги; ( I — сила тока.
Т — бремя полного периода синусоидального напряжения источника, Ф — угол сдвига фаз между током и напряжением источника
Рис. 19. тока изменения дуги и Кривые напряжения при введении индуктивного сопротивления в Цепь:
Первый метод используется только как дополнительный, к примеру, для получения двух диапазонов тока, а также в трансформаторах с твёрдой вольт-амперной чёртом. Самый активно используется второй метод — изменение индуктивного сопротивления. Данный метод позволяет медлено регулировать величину сварочного тока.
В трансформаторах типа СТЭ и СТН регулирование тока осуществляется трансформацией воздушного зазора в магнитопроводе дросселя. При вращении регулировочной ручки дросселя по часовой стрелке воздушный зазор возрастает, магнитный поток значительно уменьшается, индуктивное сопротивление делается меньше и ток возрастает.
Вращением рукоятки дросселя против часовой стрелки достигается уменьшение зазора, повышение индуктивного сопротивления и уменьшение тока.
В трансформаторе типа СТАН ступенчатое регулирование про изводится трансформацией числа витков реактивной части вторичной обмотки, а плавное регулирование — перемещением магнитного шунта. При выдвижении магнитного шунта из сердечника магнитный индуктивное рассеяния сопротивление и поток трансформатора уменьшаются, благодаря чего сварочный ток возрастает. В трансформаторах типа СТШ магнитный шунт конструктивно выполнен из двух половин, расходящихся в противоположные стороны.
В то время, когда шунт всецело вдвинут в сердечник, магнитный поток рассеяния и реактивная э. д. с. рассеяния велики, а сварочный ток минимален. В трансформаторах с подвижными обмотками (типа ТД, ТСК либо ТС) плавное регулирование производится перемещением вторичной обмотки. При повышении расстояния между обмотками поток рассеяния возрастает, индуктивное сопротивление возрастает, а ток понижается.
Конструкции сварочных трансформаторов. Активно применяются облегченные сварочные трансформаторы (переносные), каковые предназначены для работ на строительных и монтажных площадках. Эти трансформаторы вычислены на исполнение маленьких прихваток и швов, т. е. для работы при ПР=20%..К таким трансформаторам относятся ТСП-1 — на сварочный ток 105, 145, 160 и 180 А, масса его 37 кг; ТСП-2 и ТСП-2у2 —на ток от 90 до 300 А, масса 65 кг; СТШ-250 —на ток от 70 до 250 А, масса 44 кг; ТДП-1—на ток от 55 до 175 А, масса 38 кг.
Маленькая масса этих трансформаторов достигнута За счет применения для сердечников стали с высокой магнитной проницаемостью, понижения и особой изоляции обмоток (до 20%) ПР.
Для монтажных работ выпускается кроме этого трансформатор ТД-304, рассчитанный на ПР = 50%, токи от 60 до 385 А, с подвижной вторичной обмоткой. Трансформатор имеет обмотки с теплостойкой и влагостойкой изоляцией и может комплектоваться приставкой РТД-2 для дистанционного регулирования сварочного тока. Масса трансформатора (установлен на салазки) — 137 кг.
Индустрией выпускаются бытовые сварочные аппараты АДЗ-101 и ТД-101, предназначенные для ручной дуговой сварки стали толщиной до 2 мм покрытыми электродами марки ОЗС-9 диаметром 2 мм с повышенными ионизирующими особенностями. Первичный ток —15 А, номинальный сварочный ток — 50 А, потребляемая мощность — 1,85 кВт, масса аппарата — 20 кг.
Осцилляторы предназначены для стабилизации дуги и облегчения зажигания переменного тока при сварке неплавящим-ся (вольфрамовым) электродом и покрытыми электродами с низкими ионизирующими особенностями. Данный прибор формирует переменный ток высокой частоты 250—300 кГц с высоким напряжением (более 2500 В). Ток высокой частоты при таком высоком напряжении не воображает громадной опасности для сварщика, поскольку может позвать только поверхностные ожоги кожи.
Осцилляторы включаются параллельно либо последовательна с дугой. В сварочной цепи с осциллятором дуга возбуждаете без предварительного замыкания электрода с изделием (на рас стоянии 1—3 мм от электрода до изделия), исходя из этого их целесся образно включать при сварке отделочных и декоративных изделий.
—
Для ручной дуговой сварки покрытыми электродами на переменном токе в качестве источника питания Применяют однофазные понижающие сварочные трансформаторы. В сравнении с источниками питания постоянного тока сварочные трансформаторы имеют следующие преимущества: простота конструкции, надежность в работе, простейшее обслуживание, низкая цена. Недочётом сварочных трансформаторов, есть низкий коэффициент мощности, в особенности при недогрузке и холостом ходе.
Сейчас принимаются меры, устранению этого недочёта — сварочные трансформаторы начинают выпускаться в наборе со особыми конденсаторами для увеличения коэффициента мощности.
Современные сварочные трансформаторы изготовляются в соответствии с ГОСТ 95—77 (СТ СЭВ 4668—84) («Трансформаторы однофазные однопостовые для ручной дуговой сварки». Неспециализированные технические условия).
Напряжение первичной обмотки сварочных трансформаторов как правило равняется 380 В, существенно реже —220 В. Напряжение холостого хода вторичной обмотки лежит в пределах 60—80 В. Сварочные трансформаторы имеют механические указатели тока, каковые показывают ориентировочную величину сварочного тока. Погрешность показаний может быть около больших размеров. Настоящее значение сварочного тока зависит от величины напряжения сети (его колебаний) и длины дуги в ходе сварки.
По конструктивным изюминкам сварочные трансформаторы классифицируют на две главные группы — с обычным магнитным рассеянием и с повышенным магнитным рассеянием.
Трансформатор в режиме нагрузки имеет следующие магнитные потоки — рабочий магнитный поток Ф, магнитные потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток. Рабочий магнитный поток Ф замыкается всецело по магнитопроводу, охватывая наряду с этим обе обмотки трансформатора, и передает электрическую энергию из первичной обмотки во вторичную. Магнитные потоки, каковые замыкаются частично по воздуху и охватывают наряду с этим лишь одну обмотку, именуются потоками рассеяния.
Рис. 1. Магнитные потоки трансформатора
