Сварочное оборудование - Трансформаторы сварочные

Трансформаторы сварочные

Общие сведения

Сварочный трансформатор предназначен для питания дуги переменным током. Простые в устройстве и обслуживании, надежные в эксплуатации, экономичные в работе сварочные трансформаторы широко применяют при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, механизированной и автоматической сварке под флюсом, при электрошлаковой сварке.

Трансформатор разделяет силовую сеть и сварочную цепь, понижает напряжение сети до напряжения, необходимого для сварки, обеспечивает самостоятельно или в комплекте с дополнительными устройствами начальное и повторное возбуждение и стабильное горение дуги, формирование требуемых внешних характеристик и регулирование силы сварочного тока или напряжения на дуге.

Силовые трансформаторы входят в состав всех сварочных выпрямителей и установок и имеют то же назначение, что и собственно сварочные трансформаторы.

Конструкции сварочных трансформаторов разнообразны. В зависимости от способа формирования внешних характеристик и регулирования режима сварки трансформаторы бывают с механическим и электрическим регулированием.

Трансформаторы для ручной сварки относятся ко второй категории размещения источника тока, то есть предназначены для работы на объектах, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе. Трансформаторы могут работать при температуре окружающего воздуха —45° … +40°С и относительной влажности воздуха не более 80% при +20 °С на высоте не более 1000 м над уровнем моря.

Трансформаторы для автоматической сварки климатического исполнения У имеют 3-ю и 4-ю категории размещения источников и могут работать при температуре воздуха —10° … +40°С.

Принцип действия

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Сварочный трансформатор (рис. 6) имеет стержневой сердечник 2 и смонтированные на нем первичную 1 и вторичную 3 обмотки.

Режим холостого хода трансформатора (рис. 6, а) устанавливают (при разомкнутой цепи вторичной обмотки) в момент подключения первичной обмотки к сети переменного тока с напряжением U₁. При этом в первичной обмотке проходит ток I₁, который создает в сердечнике переменный магнитный поток Ф₁. Этот поток создает во вторичной обмотке переменное напряжение U₂. Поскольку цепь вторичной обмотки разомкнута, ток в ней не проходит, и никаких затрат энергии во вторичной цепи нет. Поэтому вторичное напряжение при холостом ходе максимально. Эта величина — напряжение холостого хода.

Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках при холостом ходе (коэффициент трансформации k) равно отношению количества витков первичной W₁ и вторичной W₂ обмоток. В сварочных трансформаторах сетевое напряжение 220 или 380 В преобразуется в более низкое — 60...90 В. Такие трансформаторы называются понижающими.

Режим нагрузки (см, рис, 6, б) устанавливают при замыкании цепи вторичной обмотки в момент зажигания дуги. При этом под действием напряжения U₂, равном напряжению дуги U_д, во вторичной обмотке сварочной цепи и дуге возникает ток I₂. Он создаст в сердечнике переменный магнитный поток, который стремится уменьшить величину магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой. Противодействуя этому, сила тока в первичной обмотке увеличивается. Увеличение силы тока в первичной цепи происходит в соответствии с законом сохранения энергии - потребление энергии от сети первичной обмотки должно быть равно отдаче энергии дуге вторичной обмоткой. Следовательно, понижая с помощью трансформатора напряжение в k раз, во столько же раз увеличивают силу тока во вторичной цепи. Поэтому в сварочных трансформаторах сила вторичного тока в 3—6 раз больше первичного.

Падающая внешняя характеристика получается в сварочном трансформаторе благодаря большому рассеянию магнитного потока. С этой целью первичную и вторичную обмотки располагают на значительном расстоянии друг от друга. При нагрузке (см. рис. 6, б) часть магнитного потока трансформатора замыкается по воздуху, образуя поток рассеяния Ф_р. Поэтому поток Ф₂, пронизывающий вторичную обмотку, при нагрузке меньше, чем поток Ф₁, пронизывающий первичную обмотку. Соответственно и напряжение U₂, создаваемое потоком Ф₂ во вторичной обмотке, уменьшится по сравнению с U₀, создаваемом при холостом ходе потоком Ф₁ на некоторую величину Е_р, которую называют ЭДС рассеяния. Таким образом, вторичное напряжение трансформатора снижается из-за потерь на внутреннем сопротивлении (индуктивное сопротивление трансформатора). С увеличением силы тока вторичной обмотки увеличиваются магнитный поток и ЭДС рассеяния. Поэтому с увеличением нагрузки напряжение на выходе трансформатора U₂ уменьшается, внешняя характеристика – падающая. Крутизна наклона внешней характеристики тем больше, чем больше индуктивное сопротивление трансформатора.

Силу тока регулируют изменением напряжения холостого хода или индуктивного сопротивления трансформатора (рис. 7).

Напряжение холостого хода трансформатора U₀=U₁W₂/W₁. Если дугу подключить к крайним контактам вторичной обмотки (см. рис, 7, а), то число витков W₂, участвующих в работе, увеличится. При этом увеличится напряжение холостого хода, а следовательно, и сила сварочного тока. Очевидно, что при увеличении числа витков первичной обмотки W₁ сила тока уменьшится. Секционированные обмотки позволяют регулировать силу тока только ступенчато. В трансформаторах с подвижными катушками винтовым механизмом 4 плавно регулируют силу тока (см. 7, б), перемещая по сердечнику 3 подвижные обмотки. Если увеличить расстояние между первичной 1 и вторичной 2 обмотками, то возрастут магнитный поток и ЭДС рассеяния, т. е. увеличатся потери энергии внутри трансформатора. Это вызовет уменьшение силы тока. Следовательно, увеличение расстояния между обмотками приводит к увеличению индуктивного сопротивления трансформатора.

Подобным же образом при введении магнитного шунта 5 между обмотками (см, рис. 7, в) уменьшится магнитное сопротивление на пути потока рассеяния, а сам поток увеличится, что приведет к увеличению индуктивного сопротивления трансформатора и уменьшению силы тока. В трансформаторах с подвижными магнитными шунтами, изменяя регулятором 6 положение шунта 5, плавно регулируют силу тока. Силу тока можно регулировать и неподвижным шунтом, подмагничиваемым обмоткой управления постоянного тока. Если увеличить силу тока в обмотке управления, то магнитное сопротивление шунта возрастет. При увеличении магнитного сопротивления шунта поток рассеяния уменьшится, что приведет к увеличению силы сварочного тока. Этот способ плавного регулирования силы тока использован в трансформаторах, регулируемых подмагничиванием шунта.

В тиристорных трансформаторах формирование требуемых внешних характеристик и регулирование режима сварки осуществляется полууправляемыми вентилями — тиристорами, включаемыми встречно — параллельно, и системой управления фазой их включения. Способ фазового регулирования переменного тока основан на преобразовании синусоидального тока в знакопеременные импульсы, амплитуду и длительность которых определяют углом (фазой) включения тиристоров.

Источник: Александров А.Г. "Эксплуатация сварочного оборудования"