какие трансформаторы применяют при сварке
Сварочный трансформатор
Для выполнения электродуговой сварки необходим определенный набор оборудования, в него входит сварочный трансформатор. На рынке существуют производственные и бытовые аппараты, они различаются техническими характеристиками.
Главная задача трансформатора –преобразование подаваемого электричества до требуемых параметров.
Взаимодействие компонентов входящих в состав сварочного трансформатора, в результате, приводит генерации сварной дуги, которая располагается между рабочим инструментом и заготовкой.
Устройство сварочного трансформатора и характеристики
Для возникновения дуги, обеспечивающей разогрев и расплавление кромок заготовки, требуется изменить характеристики электричества подаваемого из сети.
Сварочный трансформатор преобразует поступающее электричество следующим образом:
В преобразовании электричества принимают участие следующие узлы:
Устройство сварочного трансформатора
В состав сварочных агрегатов включают дополнительные компоненты, которые предназначены для совершенствования их работы.
Устройство пускового механизма
Пусковое устройство включает в свой состав – магнитопровод, две обмотки и клеммы. Переключатели изменяют напряжение и общее число обмоток подключаемых к выпрямителю. В первичную цепь устанавливают регулятор, собранный на основе полупроводников (тиристоров). Вторая обмотка, подключаемая к выпрямительному мосту, обеспечивает подачу двух уровней изменяемого напряжения.
Устройство пускового механизма трансформатора
Для работы пускового устройства требуется напряжение в 220 В. Ток лежит в диапазоне от 0 до 120 А, а напряжение достигает 70 В случае самостоятельного изготовления устройства, за основу принимают стержневой трансформатор, на его первой обмотке накручено 230 витков, на второй 32. Пульт управления полупроводниками монтируют над дросселем. Для охлаждения всей системы используют принудительную вентиляцию.
Устройство магнитопровода
Ключевыми деталями магнитопровода, являются пластинки или листы, произведенные из электромагнитной стали. К конструктивным деталям относят крепеж, корпус и пр. Магнитопроводы сварочных трансформаторов разделяют на стержневые и броневые. В устройствах стержневого типа все сегменты магнитной цепи обладают одинаковым сечением. В магнитопроводах броневого типа полным сечением обладает только средний стержень, на который устанавливают обмотки.
Виды магнитопроводов трансформатора
Сечения остальных участков магнитной цепи почти в два раза меньше. По ним происходит замыкание магнитного потока. На участках магнитопровода имеющего Т-образную форму, каждый имеет свое сечение. При этом его размер составляет в три раза меньший размер, чем собственно сам стержень. По каждому из участков происходит замыкание третьей части потока.
Пластины, входящие в пакеты покрывают специальным составом, который называют оксидной изоляцией.
Принцип работы сварочного трансформатора
Аппаратура для сварки работает по алгоритму:
Существует связь числа витков на второй катушке и напряжением на выходе. То есть для повышения тока количество витков необходимо увеличить. Но так как, сварочный трансформатор – это понижающий тип, то число витков на второй обмотке будет ниже, чем на первой.
Устройство и принцип действия сварочного трансформатора обеспечивает настройку величины тока. Этого достигают уменьшая или увеличивая пространство между катушками.
Для этого в сварочном оборудовании установлены движущиеся компоненты. Расстояние между обмотками изменяет сопротивление и это дает возможность выбирать именно тот ток, который нужен для сварки.
Холостой ход
Аппаратура для сварки работает в двух режимах – рабочем и холостом. Во время сварки вторая обмотка замыкается между рабочим инструментом и деталью. Ток расплавляет кромки заготовок и в результате получается надежное соединение деталей. После того, как сварщик закончит работы, цепь прерывается и трансформатор переключается на холостой ход.
ЭДС в первой обмотке появляются из-за наличия:
Холостой ход трансформатора
Эти силы отпочковываются от направления потока в магнитопроводе и замыкаются между катушками в воздухе. Именно эти силы и являются основой работы в холостую.
Работа на холостом ходу не должна представлять опасность для рабочего — сварщика и окружающих людей. То есть оно не должно быть больше чем 46 В. Но отдельные модели сварочного оборудования, имеют большие значения, например, 60 – 70 В. В этом случае в конструкции сварочного устройства устанавливают ограничитель параметров холостого хода. Скорость его срабатывания не превышает одну секунду с момента разрыва цепи и окончания работы. В целях дополнительной защиты сварщика, корпус трансформатора необходимо заземлять.
Это позволяет напряжению, которое может появиться на корпусе в результате повреждения изоляции, уйти в землю, не нанеся ни какого вреда рабочему – сварщику.
Схема сварочного трансформатора и ее модификации
Аппаратура для сварки состоит из:
Для розжига и поддержания дуги необходимо обеспечить наличие индуктивного сопротивления второй обмотки.
Подъем индуктивного сопротивления ведет к тому, что изменяется наклон статистических параметров источника энергии. В результате приводит к постоянству всей системы «источник тока – дуга».
Электрическая схема сварочного трансформатора типа ТДМ
У сварочных аппаратов, работающих под нагрузкой, количество мощности в разы больше, чем потери, которые они несут при работе в холостую.
Сварочная аппаратура с шунтом
Настройка рассеивания магнитного поля осуществляется переменой геометрических параметров пространства между составными частями магнитопровода. В виду того, что магнитная проницаемость железа выше чем у воздуха то придвижении шунта изменяется сопротивление потока, который проходит по воздуху. Если шунт введен целиком, то индуктивное сопротивление определяется, зазорами между ним и элементами магнитопровода.
Сварочная аппаратура с шунтом
Трансформаторы этого типа изготавливают для решения производственных задач.
Сварочные трансформаторы с секционными обмотками
Такая аппаратура производилось в ХХ века для решения производственных и бытовых задач. В них реализовано несколько степеней настройки количества витков в обеих катушках.
Секционная обмотка трансформатора
Тиристорные сварочные трансформаторы
Для настройки напряжения и тока применяют фазовый сдвиг тиристора. При этом происходит изменение среднего значения напряжения.
Для работы однофазной сети нужны два тиристора, включенных навстречу друг другу. Причем их настройка должно быть синхронной и симметричной. Трансформаторы на основании полупроводников (тиристоров) обладают жесткой статической характеристикой. Ее регулировка производится по напряжению при помощи тиристоров.
Тиристоры хороши для настойки напряжения и тока в электрических цепях переменного характера, дело в том, что закрытие происходит при изменении полярности.
В схемах с постоянным током для закрытия тиристоров применяют резонансные схемы. Но это сложно, дорого и накладывает определенные сложности на возможность регулирования.
Тиристорные сварочные трансформаторы
В полупроводниковых трансформаторах тиристоры монтируют в первой обмотке, тому есть две причины:
В современных устройствах используют обмотки из алюминия, для повышения надежности конструкции к ним на концах приварены медные накладки.
Отличия и разновидности оборудования
На производстве применяют следующие виды сварочных аппаратов:
Разновидности сварочного оборудования
Сварочные трансформаторы
Так называют устройство, которое предназначено для преобразования переменного тока получаемого из сети в напряжение необходимо для выполнения электрической сварки.
Ключевым узлом этого устройства является трансформатор, который понижает сетевое напряжение до уровня холостого хода.
Достоинства и недостатки сварочных трансформаторов
К несомненным преимуществам этого оборудования относят довольной высокий КПД от 70 до 90%, простоту работы и высокую ремонтопригодность. Кроме этого аппараты этого класса отличает невысокая стоимость.
Вместе с тем, аппараты этого типа иногда не в состоянии обеспечить постоянство горения дуги. Это обусловлено характеристиками переменного тока. Для получения качественной сварки целесообразно применять электроды, адаптированные для работы с переменным током. Кроме того, на качестве сварки отрицательно сказываются и колебания напряжения на входе.
Аппараты этого типа нельзя применять для работы с нержавейкой и цветными металлами. Высокий вес аппарата и его габариты вызывают ряд сложностей при его транспортировке с места на место.
Но надо отметить, что сварочный трансформатор – это не плохой выбор для домашних нужд.
Сварочные выпрямители
Аппаратура, которое преобразует переменное напряжение, поступающее из сети питания в постоянное, необходимое для выполнения электросварочных работ.
На практике применяют несколько схем выпрямителей, в которых реализованы разные методы получения выходных параметров напряжения и тока. Применяют разные способы регулировки параметров тока и вольт-амперной характеристики.
В эти способы входят:
Изменение настроек трансформатора, применение дросселя, настройка с помощью полупроводников (тиристоров и транзисторов). В самых простых аппаратах для регулирования тока применяют трансформатор, а для его выпрямления диодные схемы. В силовую часть такого оборудования входят трансформатор, выпрямитель, дроссель.
Достоинства и недостатки сварочных выпрямителей
Главное достоинство выпрямителей, если сравнивать их с трансформаторами, заключено в том что, для сварки применяют постоянный ток. Это обеспечивает качество розжига и поддержания параметров дуги и это соответственно приводит к качеству сварного шва. Применение выпрямителя позволяет сваривать не только обыкновенные стали, но обрабатывать нержавейку и цветные металлы. Кроме того, надо учесть и то, что сваривание с применением выпрямителя обеспечивает малое количество брызг.
По сути, описанные достоинства дают однозначный ответ на вопрос – какой аппарат выбрать трансформатор или выпрямитель, но разумеется нельзя забывать и стоимости этого оборудования.
Выпрямители имеют и отдельные недочеты – большой вес конструкции, потеря мощности, падение напряжения в сети во время проведения сварочных работ. Кстати, все сказанное в полной мере относится и к трансформаторам.
Сварочные инверторы
Аппаратура этого типа предназначено для преобразования постоянного тока в переменный. Инвертор работает следующим образом. Ток, с частотой в 50 Гц, попадает на выпрямитель. На нем он, пройдя, через фильтр сглаживается и преобразуется в переменный. Частота такого тока оставляет несколько килогерц. Современные схемы позволяют получать ток с частотой 100 Гц. Этот этап преобразования, является самым важным в работе инвертора и это позволяет добиться существенных преимуществ в сравнении с другими моделями сварочного оборудования.
После этого, полученное высокочастотное напряжение роняют до значения холостого хода. А ток вырастает до размеров достаточных для выполнения сварочных работ, то есть до величины 100 – 200 А.
Схема инвертора и комплектующие используемые в работе позволяют создавать сварочные аппараты с малым весом и высокими техническими характеристиками.
Предприятия – производители выпускают аппараты для выполнения сварки:
К несомненным достоинствам этого класса оборудования можно отнести – малый вес и габариты. Это позволяет передвигать инвертор на строительной или производственной площадке без особых сложностей.
В составе инвертора нет трансформатора и это позволило избежать потерь на нагрев обмоток и перемагничивания сердечника и получить высокий КПД. При сварке электродом в диаметр 3 мм, от сети потребляется все 4 кВт мощности, показатель сварочного трансформатора или выпрямителя составляет 6 – 7 кВт.
Схема инверторного сварочного аппарата
Схемы применяемые в инверторах позволяют генерировать практически все параметры вольт-амперных характеристик – это говорит о том, что аппараты этого типа допустимы для применения во всех видах сварочных работ. Кроме того, инверторы обеспечивают работу с легированными, нержавеющими сталями и цветными металлами.
Инверторная схема не нуждается в частых и длительных перерывах в работе.
Конструкция инвертора позволяет выполнять плавную регулировку режимов сварки во всем диапазоне токов и напряжений, необходимых для выполнения сварочных работ. Инвертор обладает широким диапазоном токов от нескольких единиц до сотен тысяч. В быту применяют аппараты, которые позволяют варить металл относительно тонкими электродами до 3 мм. Применение аппаратов такого уровня позволяет формировать шов в различных положениях и обеспечить минимальное количество брызг расплавленного металла, возникающих при сварочных работах.
Инверторные сварочные аппараты
Инверторные сварочные аппараты, производимые в наши дни, по большей части имеют микропроцессорное управление. Оно позволяет:
После выполнения сварки с помощью трансформатора или выпрямителя, работа с инвертором может с полным основанием считаться праздником.
Между тем инверторы обладают рядом недостатков. В частности, ремонт инвертора может обойтись в копеечку. Кроме того, у аппаратов инверторного типа повышенные требования к условиям хранения. Это обусловлено тем что, в инверторах содержится много элементов микроэлектроники.
На что обращать внимание при выборе
Надо понимать, что выбор сварочного оборудования это непростая задача и решают ее в несколько этапов.
Возможные неисправности и ремонт
Сварочная аппаратура, как и любое техническое устройство, всегда может выйти из строя. Существуют некоторые признаки, по которым можно определить возникшие неисправности.
Например, при проведении сварки, постоянно происходит залипание электрода. Это может быть вызвано низким напряжением, неправильной настройкой тока, неправильным выбором электрода и рядом других причин.
Отсутствие дуги может быть вызвано перебитым кабелем, перегревом сварочного оборудования и множеством других причин.
Для ремонта сварочного трансформатора необходимо обладать определенными знаниями, то есть необходимо умение читать принципиальные электрические схемы и навык выполнения электромонтажных работ. Именно поэтому имеет смысл при возникновении неисправностей обращаться в мастерскую по их ремонту и обслуживанию.
Как правильно смонтировать трансформатор
Сварочную аппаратуру необходимо надежно заземлить. Для облегчения жизни, на трансформаторов устанавливают специальные болтовые зажимы с сопроводительной надписью «ЗЕМЛЯ».
Классификация по различным признакам
Сварочная аппаратура классифицируется по следующим признакам – по фазам, по применяемости.
На практике применяют одно и трехфазные сварочные аппараты. Однофазные аппараты, по большей части применяют для выполнения сварочных работ переменным током. Трехфазные применяют на строительных и производственных.
К однофазным относятся аппараты марки ТД. По сути, это трансформаторы с хорошим магнитным рассеиванием и перемещающимися обмотками. Их снабжают механическими регуляторами, выполненными в виде винтовых.
Трехфазные аппараты применяют для сварки трехфазной дугой. Такой способ повышает производительность сварки, позволяет экономить электроэнергии, производит выравнивание нагрузки между фазами.
Трехфазный сварочный трансформатор
Трехфазные аппараты применяют для организации многопостовой сварки. В частности, использование такого оборудования позволяет использовать как минимум два электрода одновременно. В конструкцию аппарата вносят некритичные изменения. Такое применение аппаратуры позволяет поднять экономический эффект от сварочных работ.
Устройство сварочного трансформатора ТДМ
Трансформатор ТДМ включает в свой состав следующие части:
Устройство сварочного трансформатора ТДМ
Принцип работы трансформатора ТДМ
Как уже отмечалось в конструкцию аппарата ТДМ входит магнитопровод, представленный в виде набор стальных пластин и изолированных обмоток. Ток, подаваемый из сети электропитания, попадает на первичную обмотку. В это время вторая обмотка, которая является перемещаемой, должна быть подключена к сварочному электроду и обрабатываемой деталью.
Между обмотками существует зазор, который и определяет параметры сварочного тока и напряжения. Чем больше размер зазора, тем больше сварочный ток. Это достигается за счет рассеивания магнитного поля.
Сварочный трансформатор своими руками
Для изготовления сварочного аппарата своими руками надо понимать его базовые принципы работ. Первым делом необходимо определиться с параметром мощности тока. Для сварки массивных заготовок будет востребована высокая мощность генерируемого тока.
Кроме того, нельзя забывать и о том, что этот параметр жестко связан с тем, какие электроды будут использоваться во время работы. Для работы с металлом от 3 до 5 мм, необходимо использовать электроды 3 – 4 мм. Если толщина металла менее 2 мм, то вполне достаточно электродов 1,5 – 3 мм.
Другими словами, если планируется использование электродов толщиной 4 мм, то сила тока должна составлять 150 – 200 А, а электроды в 2 мм, сила тока должна составлять 50 – 70 А.
Дуга формируется за счет использования трансформатора, состоящего из обмоток и магнитопровода.
Расчет сварочного трансформатора
У каждого типа сварки свои требования к трансформационным устройствам. Базовый расчет выполняют на основании разности количества витков на первичной и вторичной обмотке. Для понижающего оборудования работает следующее правило – если существует необходимость снижения напряжения в 10 раз, то количество витков на вторичной обмотке должно быть в 10 раз меньше. Надо отметить, что это правило имеет обратную силу.
У каждого трансформатора имеется так называемый коэффициент трансформации. Он показывает размер масштаба силы тока при переходе с первичной обмотки на вторичную. Руководствуясь этим принципом можно выполнить расчет сварочного трансформатора пригодного для любого типа сварки.
Сварочные трансформаторы
Введение
Сварочный трансформатор — трансформатор, предназначенный для питания установок электрической сварки. (ГОСТ 16110-82)
Сварочный трансформатор (далее — СТ) преобразует напряжение питающей сети снижая его величину в разы, кратно повышая при этом величину выходного тока до тысяч ампер, необходимых, что бы обеспечить плавление свариваемого металла.
Ключевым отличием сварочных трансформаторов от трансформаторов других типов является их, так называемая, крутопадающая вольт-амперная характеристика:
Как видно из графиков выше у СТ обладающих падающей вольт-амперной характеристикой при повышении тока (т.е. в момент зажигания сварочной электрической дуги) резко снижается выходное (сварочное) напряжение, в отличие от обычного трансформатора, напряжение которого снижается плавно. Такая особенность СТ позволяет обеспечить стабильность горения электрической дуги, а так же возможность его работы в режиме короткого замыкания, который является критическим для обычных трансформаторов.
Особенность работы сварочных трансформаторов
Самым распространённым способом сварки металлов плавлением является электродуговая сварка. Электрической дугой обычно называют мощный длительный электрический разряд в среде ионизированных газов между электродами, находящимися под напряжением. При этом выделяется большое количество тепла. Газ в дуговом промежутке нагревается до температуры 5000-7000°С и находится в состоянии плазмы. Строение сварочного процесса на переменном токе показано на рисунке ниже.
Как уже было написано выше источником тока для электрической дуги служит сварочный трансформатор. При работе СТ происходят частые переходы режимов его работы от холостого хода (в момент когда дуга гаснет) к короткому замыканию (при зажигании и горении дуги). А значит, сварочный трансформатор должен иметь особые рабочие свойства, отличающие его от обычных силовых трансформаторов.
Эти свойства определяются внешней вольт-амперной характеристикой (ВАХ) сварочного трансформатора (источника тока). Внешняя характеристика источника тока показывает зависимость напряжения на зажимах источника питания от тока нагрузки (сварочной дуги). Она должна отвечать особенностям статической вольт-амперной характеристики сварочной дуги.
Примерный вид внешней падающей ВАХ источника тока и ВАХ сварочной дуги показан на рисунке ниже.
Сварочный трансформатор понижает напряжение сети до величины необходимой для зажигания сварочной дуги и вместе с тем, до безопасного значения для работающего человека — это 60-80В (напряжение холостого хода). Кроме этого он выполняет задачу гальванической развязки между сварочной цепью и напряжением сети, то есть электрически отделяет цепь сварочного тока от сети питающей сварочный трансформатор, связь между ними осуществляется только за счет электромагнитной индукции, что в свою очередь исключает возможность поражения человека сварочным током.
Как уже было написано выше, величина напряжения холостого хода у СТ ограничивается на уровне 60-80В. При этом напряжение холостого хода должно быть не менее чем в 1,8-2,5 раза, больше напряжения дуги, а сила тока короткого замыкания (Iкз) не должна превышать удвоенного значения сварочного тока (Iсв), при этом изменения сварочного тока должны быть минимальными. Этим условиям отвечает внешняя крутопадающая характеристика СТ.
Величина напряжения холостого хода у СТ ограничивается безопасной величиной, которое устанавливается на уровне 60-80 Вольт. Но напряжение холостого хода должно быть не менее чем в 1,8-2,5 раза, больше напряжения дуги, а сила тока короткого замыкания (Iкз) не должна превышать удвоенного значения сварочного тока (Iсв), при этом изменения сварочного тока должны быть минимальными. Этим условиям отвечает внешняя крутопадающая характеристика СТ.
В установившемся режиме процесс горения дуги определяется статическими характеристиками источника тока и сварочной дуги. На вольт-амперных характеристиках, это точка пересечения кривых, как на рисунке ниже.
При ручной дуговой сварке процесс протекает на токах, соответствующих горизонтальному участку вольт-амперной характеристики сварочной дуги, а напряжение источника тока снижается до необходимого уровня. Значение рабочего напряжения (Uсв) СТ, округлённое до ближайшего целого числа в вольтах, определяется величиной сварочного тока Iсв:
если Iсв до 600A: Uсв = (20 + 0,04 Iсв) В,
если Iсв более 600А: Uсв= 44В,
где: Iсв — сварочный ток, А; Uсв – напряжение сварочной дуги, В.
Сварочные трансформаторы могут иметь внешнюю характеристику трёх видов: возрастающую, жесткую и падающую. Источники питания для ручной дуговой сварки имеют падающую вольт-амперную характеристику.
Сварочные трансформаторы для ручной дуговой сварки, как правило, формируют крутопадающую внешнюю ВАХ в диапазоне малых токови пологопадающую внешнюю ВАХ в диапазоне больших токов.
Принцип действия, устройство и основные типы сварочных трансформаторов
Принцип действия СТ подобен обычным силовым трансформаторам, хотя и со своими особенностями, необходимыми для получения падающей ВАХ.
Сварочный трансформатор состоит из двух основных частей – дросселя и понижающего трансформатора который содержит две электрически несвязанные между собой обмотки расположенные на общем замкнутом магнитопроводе, одна из которых подключается к источнику переменного тока U1 и называется первичной обмоткой (W1), а к другой обмотке, с пониженным напряжением U2, подключается нагрузка. Эта обмотка называется вторичной обмоткой (W2).
Ниже приведена общая схема устройства сварочного аппарата.
Дроссель служит для регулирования сварочного тока путем изменения воздушного зазора δ. Чем больше воздушный зазор, тем меньше индуктивность дросселя, следовательно, больше ток, протекающий во вторичной цепи.
При холостом ходе, когда ток во вторичной обмотке I2=0, напряжение на вторичной обмотке W2 максимально: U2=60-80В. После зажигания дуги напряжение падает до 20-30 В, в зависимости от типа аппарата.
Все сварочные трансформаторы можно классифицировать по следующим признакам:
Трансформаторы стержневого типа, по сравнению с трансформаторами броневого типа, имеют более высокий КПД и допускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому сварочные трансформаторы обычно, за редким исключением, бывают стержневого типа.
Кроме того, магнитопровод стержневого типа позволяет разнести первичную и вторичную обмотки на большее расстояние, что приводит к увеличению магнитного рассеяния и созданию условий для получения падающей внешней характеристики источника питания. Тогда как у трансформаторов с магнитопроводом броневого типа малое (нормальное) магнитное рассеивание, что приводит к получению жёсткой внешней характеристики, когда напряжение на вторичной обмотке уменьшается с ростом тока очень незначительно. К примеру для силовых трансформаторов это хорошо, но совсем не подходит для СТ, где в условиях крутопадающей ВАХ, напряжение должно значительно уменьшаться с ростом тока дуги. Этим обеспечивается нормальная работа СТ при коротких замыканиях, т.е. при зажигании и горении дуги.
В трансформаторах с цилиндрическими обмотками — одна обмотка намотана поверх другой. Так как обмотки находятся на минимальном расстоянии друг от друга, то практически весь магнитный поток первичной обмоткой сцепляется с витками вторичной обмотки. Концентрическое расположение обмоток обеспечивает малое (нормальное) магнитное рассеяние. В силу этого такой трансформатор имеет жесткую внешнюю вольт-амперную характеристику и не может обеспечить стабильное, зажигание и горение сварочной дуги при ручной сварке покрытыми электродами.
В трансформаторах с разнесёнными обмотками — первичная и вторичная обмотки находятся на различных стержнях трансформатора. Так как обмотки удалены друг от друга, то значительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана с вторичной обмоткой. У таких трансформаторов увеличенное магнитное рассеяние. Трансформатор с разнесенными обмотками имеет необходимую падающую внешнюю характеристику, где рабочий ток составляет примерно 80% от тока короткого замыкания.
В трансформаторах с дисковыми обмотками — первичная и вторичная обмотки также удалены друг от друга, но на меньшее расстояние, по сравнению с трансформаторами, имеющими разнесенные обмотки. Поэтому, по величине индуктивности рассеяния, трансформаторы с дисковыми обмотками занимают промежуточное положение. У таких трансформаторов также увеличенное магнитное рассеяние. Они имеют падающую внешнюю характеристику, но их рабочий ток составляет примерно 50% от тока короткого замыкания, т.е. рабочий ток примерно в два раза меньше тока короткого замыкания, что хорошо согласуется с требованиями для ручной дуговой сварки.
Сварочный трансформатор с индуктивным сопротивлением
В трансформаторах с цилиндрическими обмотками, имеющими малое магнитное рассеяние, для получения падающей внешней характеристики, обеспечивающей стабильность зажигания и горения дуги, трансформатор должен иметь в комплекте дополнительное устройство — дроссель (реактивную катушку) XL, который имеет большое индуктивное сопротивление, как на рисунке ниже.
Для плавной регулировки сварочного тока дроссель представляет собой регулируемое индуктивное сопротивление, включаемое в сварочную цепь последовательно с вторичной обмоткой трансформатораW2. Дроссель обеспечивает падающую зависимость между напряжением источника и током дуги, и дает возможность регулировать сварочный ток изменением величины реактивного сопротивления ХL.
В этом случае ток короткого замыкания можно найти по формуле:
Iкз= Uxx/ХL,
где Uхх – напряжение холостого хода СТ (без нагрузки), ХL–сопротивление дросселя.
Для ступенчатой регулировки сварочного тока обмотку дросселя можно делать с отводами, а затем эти отводы переключать, как показано на вставке рисунка выше.
Это технологически наиболее простые варианты получения падающей внешней характеристики источника питания. Но значительное индуктивное сопротивление сварочного трансформатора ведёт к снижению его коэффициента мощности cosф, который обычно не превышает 0,4-0,5.Несмотря на столь низкий коэффициент мощности, для сварки переменным током до сих пор используются СТ с дросселем (балластным реостатом).
Недостатком дроссельного регулятора сварочного тока являются небольшой диапазон регулирования тока.
Сварочный трансформатор с дросселем в отдельном корпусе
В трансформаторах с разнесёнными обмотками увеличенное магнитное рассеяние. В этом случае СТ имеет дроссель с дополнительной обмоткой W3 и конструктивно выполняется либо в виде двух раздельных аппаратов, либо в виде единого корпуса.
Сварочные аппараты с отдельным дросселем состоят из понижающего трансформатора и внешнего дросселя — регулятора тока.
Сердечник дросселя набран из пластин тонкой трансформаторной стали и состоит из двух частей: неподвижной, на которой расположена обмотка дросселя W3, и подвижной, перемещаемой с помощью винта. Последовательно вторичной обмотке W2 трансформатора, в сварочную цепь включена обмотка дросселя W3.
Регулировка сварочного тока осуществляется изменением величины воздушного зазора в магнитопроводе дросселя. Сварочный ток пропорционален величине воздушного зазора. При увеличении воздушного зазора индуктивное сопротивление дросселя уменьшается, а сварочный ток возрастает. Если воздушный зазор исключить вовсе, то дроссель берет на себя роль катушки, и тогда величина тока примет минимальную величину. Такое регулирование сварочного тока позволяет настраивать режим сварки плавно и с достаточной точностью.
Ниже приведено схематичное устройство сварочного аппарата с дросселем в отдельном корпусе.
Сейчас трансформаторы с дросселем в отдельном корпусе сняты с производства и заменены устройствами в однокорпусном варианте, с аналогичным принципом действия.
Сварочный трансформатор с дросселем в едином корпусе
В сварочных аппаратах со встроенным дросселем добавочный магнитопровод расположен над основным магнитопроводом трансформатора. Такой аппарат конструктивно выполнен в одном корпусе.Дроссель состоит из неподвижной и подвижной частей, между которыми есть регулируемый воздушный зазор.
Регулировка тока аналогична схеме представленной выше, чем больше зазор, тем больше сварочный ток.
Ниже приведено схематичное устройство сварочного аппарата с дросселем в едином корпусе.
Недостатками здесь являются значительный вес, габариты, сложность в работе по получению качественного сварного шва, значительное энергопотребление, но имеются и достоинства: данная конструкция сварочного аппарата позволяет плавно регулировать сварочный ток, он исключительно надежен в работе и относительно недорог. Это часто является решающим фактором для потребителя.
Сварочный трансформатор с подвижным магнитным шунтом
Так же у трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием, сварочный ток может плавно меняться с помощью подвижных секций магнитопроводов, называемых магнитными шунтами. Такие трансформаторы имеют на каждом сердечнике по одной обмотке W1 и W2, между которыми, в специальном канале, располагается шунт. Между шунтом и стержнями сердечника имеется воздушный зазор, который может изменяться при перемещении подвижного магнитного шунта.
При введении магнитного шунта в магнитопровод трансформатора (уменьшение воздушного зазора) часть магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, отводится магнитным шунтом и поэтому эта часть магнитного потока минует вторичную обмотку. При этом эффективность передачи энергии от первичной обмотки к вторичной снижается (индуктивное сопротивление трансформатора увеличивается) и ток сварки уменьшается. Этот способ обеспечивает плавное регулирование тока сварки.
К достоинствам сварочного аппарата можно отнести плавность регулировки сварочного тока, простоту конструкции, надёжность, сравнительно невысокую цену, а так же неприхотливость к окружающим условиям.
В недостатках можно отметить сравнительно низкий КПД (до 80%), большой вес и габариты, ограничение на материалы, с которыми могут производиться сварочные работы.
Сварочный трансформатор с подвижными катушками
В трансформаторах с дисковыми обмотками, как уже говорилось, увеличенное магнитное рассеяние.
Трансформатор имеет магнитопровод в виде удлинённых стержней, на которых расположено по две пары катушек: одна пара с первичной обмоткой, а вторая пара с вторичной обмоткой. Для расширения пределов регулирования сварочного тока в трансформаторах предусмотрено переключение на режимы малых или больших токов. Параллельное соединение катушек вторичной обмотки обеспечивает работу в режиме больших токов. Последовательное соединение катушек вторичной обмотки обеспечивает работу в режиме малых токов. Такое переключение является дополнительной возможностью ступенчатого регулирования сварочного тока. В пределах каждого режима возможно плавное регулирование сварочного тока. Ниже приведена схема трансформатора с подвижными катушками.
Первичные катушки закреплены неподвижно. Катушки вторичных обмоток перемещаются винтовым механизмом вручную. Плавное регулирование сварочного тока осуществляется путем изменения расстояния между катушками первичных и вторичных обмоток трансформатора. С уменьшением расстояния между катушками, индуктивное сопротивление сварочной цепи уменьшается, а сварочный ток увеличивается и наоборот. В первичной цепи параллельно обмотке включается конденсатор С, повышающий коэффициент мощности (соsф).
Основная масса сварочных трансформаторов переменного тока выполнена на основе трансформаторов с дисковыми подвижными обмотками. Преимущество таких СТ в простоте конструкции без дорогих деталей, а значит более доступная стоимость как самого оборудования так и его ремонта.Они имеют определенные достоинства по диапазонам и плавности регулирования сварочного тока. Хотя достаточно громоздки и тяжелы. Для их перемещения используются встроенные колёсики.
Маркировка сварочных трансформаторов
В условном обозначении источников питания принята определенная система. Полное условное обозначение состоит из буквенных и цифровых индексов.
1) Первая буква указывает тип источника питания:
2) Вторая буква обозначает вид сварки:
Д — дуговая, П — плазменная;
3) Третья буква — способ сварки:
Ф — под слоем флюса, Г — в среде защитных газов, У — универсальный источник питания для нескольких способов сварки. Отсутствие буквы на третьем месте соответствует ручной сварке покрытыми электродами;
4) Четвёртая буква–способ регулирования сварочного тока:
М – механический, Э – электрический;
5) Пятая буква –количество постов сварки:
М –для многопостовой сварки (без обозначения говорит об одном посте);
6) Две последующие цифры — номинальный сварочный ток:
округленно в десятках Ампер;
7) Последние одна или две цифры:
обозначают регистрационный номер в разработке;
8) Следующая буква(или две) означает климатическое исполнение СТ:
ХЛ – для холодного климата, У — для умеренного климата, Т- для тропического климата;
9) Последняя цифра указывает категорию размещения источника питания:
К примеру, расшифруем структурное обозначение (маркировку) сварочного трансформатора ТДМ-401У2:
Характеристики и паспортные данные источников питания
К основным параметрам сварочных трансформаторов относятся:
1) Номинальное напряжение питающей сети Uном, В:
Требуемое для работы сварочного трансформатора напряжение. Как правило составляет 220В или 380В.
2) Номинальный сварочный ток Iсв, А:
Номинальный сварочный ток — максимальный сварочный ток в нормальном (не аварийном) режиме работы СТ.
3) Пределы регулирования сварочного тока А:
Диапазон регулировки силы тока обеспечивающий работу с тонкими электродами и деталями при малом токе, и достаточно толстыми электродами для сваривания массивных деталей при большом токе.
4) Предельное значение напряжения холостого хода Uхх, В:
Напряжение на вторичной обмотке СТ без нагрузки. Эта характеристика отвечает за легкость появления сварочной дуги. Чем выше будет напряжение, тем легче появится дуга. Но оно ограничивается величиной 60-80В для обеспечения безопасности сварщика.
5) Номинальное рабочее напряжение Uраб, В:
Напряжение, которое необходимо для поддержания стабильного горения дуги. Также от этого параметра зависит возможность сварки металла определенной толщины. Напряжение дуги во время работы составляет около 20-30В.
6) Максимальная мощность S, кВ-А:
От значения этого параметра зависит максимальная величина рабочего тока СТ, а значит и толщина свариваемых деталей.
7) Номинальный режим работы — продолжительность нагрузки ПН, %
ПН определяется отношением времени сварки к сумме времени сварки и времени холостого хода и выражается в %:
ПН=tсв/(tсв+txx)×100%.
ПН промышленных СТ для ручной дуговой сварки обычно составляет 60% на номинальном токе (например, 6мин – работа, 4мин – пауза).
8) Номинальная частота питающей сети ƒном, Гц:
Номинальная частота напряжения питающей сети (составляет 50 Гц.)
Эти паспортные данные наносятся на металлическую пластину, которая называется табличкой, и закрепляется на видном месте СТ. Маркировкаизделиядолжнасодержатьосновные (обязательные) и дополнительные данные, характеризующие изделие. Маркировка выполняется согласно ГОСТу 18620-86. Рассмотрим, например,табличку СТ ТДМ-401У2:
Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!
Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.