Все о сварке

Однофазный сварочный трансформатор


Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Однофазные сварочные трансформаторы должны быть равномерно распределены между отдельными фазами трехфазной сети.  [1]

Какие однофазные сварочные трансформаторы выпускаются отечественной промышленностью.  [2]

К однофазным сварочным трансформаторам относится большая группа трансформаторов серии ТД.  [4]

Присоединение сварочных постов к трансформаторам.  [5]

От двух однофазных сварочных трансформаторов, соединенных в открытый треугольник ( рис. 111.3 6), две фазы подводятся к двум электродам - а третья фаза - к свариваемой детали. В этом случае создаются три дуги: две между каждым электродом и свариваемой деталью и одна между электродами.  [6]

Кратковременное включение однофазного сварочного трансформатора большой мощности неблагоприятно сказывается на работе заводской электросети, вызывая при включении резкие колебания напряжения и значительный перекос фаз. Кроме того, при совпадении моментов включения двух или более точечных машин большой мощности нарушается режим сварки каждой из них, качество сварных точек оказывается неустойчивым. Для устранения этих неудобств созданы сварочные машины, в которых энергия, относительно медленно забираемая из сети, накапливается в электрическом или магнитном поле, а затем со значительной скоростью расходуется во вторичной цепи машины для полезного нагрева свариваемых деталей. Питание этих машин, как правило, осуществляется трехфазным током через специальные выпрямительные установки.  [7]

Для однопостовой сварки применяются специальные однофазные сварочные трансформаторы мощностью 10 - 30 ква. Сварочный трансформатор подключается к сети 220 или 380 в, его вторичная обмотка рассчитана на значительные токи ( сотни ампер), выполняется проводом большого сечения и имеет относительно малое число витков.  [8]

В контактных машинах используются преимущественно однофазные сварочные трансформаторы, понижающие напряжение 220 - 380 до 1 - 30 В и соответственно увеличивающие ток во вторичной ( сварочной) цепи, которая обычно состоит из одного витка большого сечения.  [9]

Питание машины осуществляется от однофазного сварочного трансформатора с воздушным охлаждением и четырьмя ступенями регулирования напряжения. Конструкция прижимов обеспечивает надежное крепление свариваемых проволок на большой площади и позволяет наблюдать за процессом сварки. Регулирование расстояния между колодками по шкале осуществляется поворотом эксцентрика.  [10]

Для электрообогрева бетона часто применяются однофазные сварочные трансформаторы типа СТЭ мощностью по 32 ква каждый, включаемые в трехфазные группы, позволяющие регулировать вторичное напряжение в необходимых пределах.  [11]

Для питания трехфазной дуги могут применяться обычные однофазные сварочные трансформаторы, соединенные по трехфазной схеме. Для питания двухдуговых сварочных автоматов применяют двухфазные схемы С трансформаторами, соединенными по схеме Скотта.  [12]

Включение и выключение тока первичных обмоток однофазных сварочных трансформаторов контактных точечных и сварочных машин осуществляют игнитронными асинхронными контакторами КИА или прерывателями игнитронными синхронными ПИТ.  [13]

Типы и размеры каркасов ( мм, изготовляемых на машине типа МТМК-2Х150.  [14]

Сварка пересечений стержней осуществляется при помощи двух однофазных сварочных трансформаторов мощностью по 150 ква, включаемых и выключаемых в течение каждого сварочного цикла игнитронными контакторами.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Сварочный трехфазный трансформатор

индустрия » Электротехника » Сварочные аппараты » Сварочный трансформатор

Сварочный трехфазный трансформатор, подобно силовым, может различаться принципом соединения первичных и вторичных обмоток. Наиболее используемые

являются соединения «звездой» и «треугольником». Первичная и вторичная обмотки могут иметь различные соединения своих концов. Когда соединение «звездой» выполнено с выводом нулевой точки, то подобная схема носит название «звезда с нулем». В сварочных трансформаторах трехфазного тока используется соединение «треугольником» для первичной обмотки и преимущественно соединение «звездой с нулем» для вторичной. Подобная комбинация обусловлена технологическими особенностями многопостовой конструкции трехфазных сварочных трансформаторов. Для трансформаторов, использующих сварку трехфазной дугой, вторичная обмотка имеет соединение «звездой» без вывода нулевого провода.

Сварочный трехфазный трансформатор многопостовой сварки схематично представлен на схеме 1.

  1. первичная обмотка имеет соединение «треугольником»;
  2. вторичная обмотка соединена звездой;
  3. регуляторы тока (дроссели) самостоятельные для каждого поста сварки. Кроме регулировки тока они обеспечивают падающую вольтамперную характеристику.
  4. сварочные дуги на трех параллельных постах.
Подобная конструкция представляет собой три соединенных параллельно однофазных сварочных трансформатора с раздельным управлением. Фазовое напряжение между нулевым проводом и каждой фазой соответствует величине напряжения холостого хода трансформатора (60-80в). Нулевой вывод соответствует понятию «земля» для сварочного процесса. Многопостовые трехфазные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки переменным током плавящимся электродом. В сравнении с тремя однофазными трансформаторами, трехфазное устройство, несомненно, компактней и дешевле.

Схема трехфазного трансформатора для сварки трехфазной дугой изображена на схеме 2.

  1. обмотки дросселей на одном магнитопроводе включены последовательно с электродами сварки;
  2. обмотки дросселей на одном магнитопроводе включены последовательно с электродами сварки;
  3. обмотка дросселя на изолированном сердечнике подключена к свариваемой детали;
  4. сварочные электроды;
  5. сварочные электроды;
К – магнитный контактор для прерывания дуги между сварочными электродами.

В рассматриваемом процессе работают три дуги: две между каждым электродом и деталью, одна между двумя электродами. Катушка контактора обеспечивает разрыв цепи между электродами для гашения дуги. В этом случае электромагнитные системы трех трансформаторов объединены в одну схему.

Обе схемы трехфазных сварочных трансформаторов используются в современных процессах сварных соединений.

Читайте также

industrika.ru

Сварочные трансформаторы

Курсовая работа

«Сварочные трансформаторы»

с. Михайловское 2009 г.

Содержание

1. Сварочные трансформаторы, принцип их действия

2. Устройство однофазных сварочных трансформаторов для ручной сварки

3. Трансформаторы для автоматизированной сварки под флюсом

5. Сварочные генераторы переменного тока повышенной частоты

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 ТД-500-4 дополнительно снабжены устройством для снижения напряжения холостого хода с 80 до 12 В, что значительно уменьшает возможность поражения током сварщика при смене электродов.

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 Х1 ), а для работы на малых токах основные катушки 3 соединяются последовательно, а катушка 4 отключается (положение Х2 ). 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 — первичное напряжение сети; 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 Однако трансформаторы со встроенным дросселем серии СТН подвержены сильной вибрации и в настоящее время не применяются. Мощные трансформаторы ТСД-1000-3 и ТСД-2000-2 еще используются для автоматизированной сварки под флюсом, но промышленностью уже не выпускаются.

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 и а при переходе на большие токи часть витков основной обмотки 4 отключается и подключается столько же витков обмотки 5, нагрузка подключается к зажимам и. Управление током в пределах диапазона механизировано путем дистанционного изменения тока в обмотке управления. Трансформаторы этого типа серии ТДФ имеют падающую внешнюю характеристику, В настоящее время они заменены более совершенными тиристорными трансформаторами (ТТ), имеющими пологопадающую и жесткую внешние характеристики.

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 между током и напряжением холостого ходана дугу накладывается стабилизирующий импульс тока что обеспечивает повторное зажигание дуги. Могут быть и другие схемы тиристорной стабилизации дуги. Для ручной сварки, резки и наплавки разработан ТТ ТДЭ-402 с аналогичной импульсной стабилизацией и дистанционным управлением. В его схеме предусмотрено снижение напряжения холостого хода до 12 В при смене электрода.

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; Т1 и Т2 — 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 обеспечивает без аварийную работу помехозащитного фильтра ПЗ, состоящего из батареи конденсаторов. Высоковольтный низкочастотный трансформатор Т1 повышает напряжение до 6 кВ. На стороне высокого напряжения трансформатора ТТ находится высокочастотный искровой генератор, состоящий из разрядника ФВ, конденсатора и первичной обмотки трансформатора высокой частоты и напряжения Ί2. Этот генератор является колебательным контуром, в котором беспрерывно, с большой скоростью, накапливаются в конденсаторе и разряжаются через искровой разрядник импульсы тока высокого напряжения, создавая высокочастотную характеристику трансформатора Т2. Для защиты источника от тока высокого напряжения служит фильтр в виде конденсатораа предохранитель защищает обмотку трансформатора Т2 от пробоев фильтра Осциллятор может питаться не от сети, а непосредственно от сварочной цепи, что улучшает его свойства.

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, катушкавключена последовательно со сварочной дугой, остальные обозначения схемы аналогичны рис. 11. При работе осциллятора разрядник издает тихое потрескивание; искровой зазор величиной 1,5—2 мм может быть установлен регулировочным винтом, но только при отключенном от сети осцилляторе. Следует иметь в виду, что установка и ремонт осцилляторов требуют более высокой квалификации электротехнического персонала.

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.

mirznanii.com

Сварочный трансформатор, обмоточные данные и конструкция сварочного трансформатора

Парк бытовых сварочных источников состоит в основном из источников переменного тока. Это объясняется простотой и дешевизной последних, хотя ручная сварка на переменном токе и уступает по качеству аналогичной на постоянном токе. Основным узлом современного сварочного источника переменного тока является специальный, как

правило, однофазный сварочный трансформатор.

Ниже приведены обмоточные данные и описана конструкция именно такого сварочного трансформатора

Но для начала немного теории.

Украина Одесса Володин Валентин Яковлевич.

Часть 1. Электросварка в быту

В наше время электродуговая сварка – это самый распространённый способ сварки металлов плавлением в промышленности и в быту. Появившись 120 лет назад, благодаря своей высокой технологичности, электродуговая сварка быстро и почти повсеместно вытеснила другие способы сварки

металлов.

В наше время любой уважающий себя умелец имеет или страстно желает иметь в своём инструментальном арсенале аппарат для электродуговой сварки. Ещё каких-нибудь 15 лет назад отечественная промышленность практически не выпускала бытовых источников для электродуговой сварки. Сейчас ситуация, казалось бы, изменилась и на рынке полно сварочных источников, которые по своим параметрам подходят для бытового применения. Но стоимость этого оборудования достаточно высока и пока очень многим не по карману. И вот, как и 15 лет назад, самодеятельные конструкторы пытаются сами изготовить себе и другим это чудо техники. Зачастую изготовитель, в лучшем случае, обладает некоторыми навыками в ручной сварке и совершенно не имеет представления о требованиях предъявляемых к сварочному источнику. Источник делается из подручных материалов “на глазок”, что не способствует получению необходимого качества и безопасности. Цель данной статьи дать необходимую исходную информацию из теории сварочной дуги и сварочных источников, а так же описать конкретные конструкции сварочных источников, которые были изготовлены

автором.

Начнём с рассмотрения наиболее распространённых способов электродуговой сварки металлов.  Явление электрической дуги было открыто в 1802 году профессором физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым. Описывая в 1803 году явление электрической дуги, В. В. Петров указал на возможность её практического применения как для электроосвещения, так и для плавления металлов. Но только спустя 80 лет с момента открытия электрической дуги, в 1882 году, талантливому русскому изобретателю Николаю Николаевичу Бенардосу удалось разработать промышленно пригодный способ электродуговой сварки металлов. Сварка способом Бенардоса (рис. 1) велась с присадочным прутком расплавляемым в пламени дуги, горящей между электродом (угольным, графитовым или вольфрамовым) и изделием. Данный способ используется и сейчас для сварки цветных металлов, а также при наплавке твёрдых сплавов.

Несколько позже, в 1888 году, русский инженер-изобретатель Николай Гаврилович Славянов разработал

способ сварки при помощи металлического плавящегося электрода (рис. 2). Первые конструкции электродов,

содержащих покрытия, были созданы Н. Н. Бенардосом. Покрытые электроды современного вида изобретены

шведским инженером Кельбергом в 1911 году.

Сейчас, когда на рынке очень много импортного сварочного оборудования, этот способ сварки обозначается аббревиатурой MMA (Manual Metal Arc), что означает - ручная дуговая сварка штучными металлическими плавящимися электродами с защитным покрытием. Этот способ сварки в настоящее время, благодаря своей простоте и технологичности, наиболее широко распространён в сварочном производстве. Сварка, обычно, производится либо постоянным, либо переменным током.  Если сварка производится постоянным током, то возможны два варианта подключения электрода и свариваемого изделия к источнику сварочного тока: 1.Сварка на прямой полярности. Плюс источника сварочного тока подключен к изделию. 2.Сварка на обратной полярности. Плюс источника сварочного тока подключен к сварочному электроду. В паспортных данных  на сварочные электроды постоянного тока указывается в какой полярности необходимо производить сварку. Обычно сварка производится на обратной полярности. Как уже говорилось раньше, сварочные электроды должны иметь защитное покрытие, назначение которого предохранить частицы расплавленного металла от окисления и сделать дугу более устойчивой, особенно при сварке переменным током и при работе на ветру. В случае отсутствия готовых электродов их можно изготовить самостоятельно. Рекомендации по самостоятельному изготовлению электродов приведены, например, в [1]. Для этого необходимо иметь мягкую малоуглеродистую проволоку диаметром от 2 до 6 мм. Предварительно её необходимо выправить и нарезать на куски длиной 300 – 400 мм. После этого в банке приготавливается защитное покрытие или попросту обмазка,

приведённого в табл. 1 состава.

Количество обмазки хватает на 100 – 200 электродов.  Нарезанные куски проволоки погружают в обмазку так, чтобы один конец оставался не покрытым обмазкой по длине около 20 мм для зажима в электрододержатель.  Затем электроды, вынутые из банки и покрытые обмазкой, должны быть просушены при температуре 20 -30°С, после чего их можно применять для сварки, как на переменном, так и на постоянном токе.  Самодельные электроды можно рассматривать лишь как временную альтернативу электродам, выпущенным промышленным способом. И, разумеется, эти электроды нельзя использовать для ответственной сварки. Для защиты расплавленного металла от кислорода воздуха, наряду с защитными покрытиями, используются различные флюсы и газы.  Идея осуществления сварки с применением специальных порошков – флюсов принадлежит Н. Г. Славянову. В 1936 году американская фирма “Линде” получила патент на способ сварки стали под слоем порошкообразных расплавляющихся при сварке веществ. В СССР, сварка под расплавляющимися флюсами была разработана и внедрена в промышленность в 1938 – 1940 годах Институтом электросварки АН УССР (ныне имени Евгения Оскаровича Патона). Именно этот способ сварки позволил наладить массовый выпуск бронетехники во время Великой

Отечественной войны 1941 – 1945 годов.

Сварка в струе защитных газов изобретена Н. Н. Бенардосом. Защита от воздуха, по его предложению, осуществлялась светильным газом. В период второй мировой войны в США получила развитие сварка в струе аргона или гелия неплавящимся вольфрамовым электродом и плавящимся электродом (рис. 3). Этим способам сварки присвоена

аббревиатура TIG и MIG. TIG (Tungsten Inert Gas) - сварка

неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде инертного защитного газа, например, так называемая, аргонно-дуговая сварка. MIG (Mechanical Inert Gas) - механизированная (полуавтоматическая) сварка в струе инертного защитного газа. В 1952 году К. В. Любавским и Н. М. Новожиловым была изобретена специальная легированная проволока, применение которой позволило осуществлять сварку плавящимся электродом в среде углекислого газа. Этому способу сварки присвоена аббревиатура MAG. MAG (Mechanical Active Gas) - механизированная (полуавтоматическая) сварка в струе активного газа. Именно этот способ сварки нашёл, в настоящее время, широкое применения в автосервисе. Теперь, получив некоторое представление о способах электродуговой сварки и о применяемых материалах, продолжим наше знакомство со свойствами электрической дуги. Электрической дугой обычно называют мощный длительный электрический разряд в среде ионизированных газов между электродами, находящимися под напряжением. Процесс возбуждения дуги начинается с соприкосновения электродов между собой. В момент размыкания электродов между ними проскакивает искра, которая ионизирует газ в межэлектродном пространстве и создаёт канал проводимости.  Под действием электрического поля электроны в ионизированной газовой среде перемещаются от катода к аноду, развивая при этом значительную скорость. Электроны на больших скоростях сталкиваются с нейтральными атомами газа. Выбивая электроны из нейтральных атомов, они производят непрерывную ионизацию газового пространства. При этом выделяется большое количество тепла. Газ в дуговом промежутке нагревается до температуры 5000 – 7000 °С и находится в состоянии плазмы.  В свою очередь, образовавшиеся, положительные ионы движутся к катоду и отдавая ему свою энергию, вызывают сильный нагрев электрода, образуя при этом катодное пятно. Электроны, прошедшие дуговой промежуток, ударяются о положительный электрод (анод), отдавая ему свою энергию, образуя при

этом анодное пятно.

Схема электрической дуги изображена на рис. 4. Зажигание дуги может происходить и без первичного короткого замыкания, если между электродами, при помощи высоковольтного генератора – осциллятора, кратковременно приложить высокое напряжение, достаточное для электрического пробоя межэлектродного слоя газа. Электроны, обладая меньшей массой, двигаются в дуге значительно быстрее. Поэтому в дуге преобладает электронный ток, направленный от катода к аноду. В следствии преобладания электронного тока количество тепла, выделяемого электронами на аноде, больше чем на катоде.  Исходя из вышесказанного, тепло в дуге распределяется неравномерно. Обычно на аноде выделяется 43% тепла, на

катоде - 36% и в столбе дуги – 21%.

На рис. 5 приведена статическая вольтамперная

характеристика электрической дуги [2]. Из рис. 5 видно, что вольтамперная характеристика дуги имеет три участка, соответствующие различным плотностям тока в сварочном электроде. Нисходящий участок, соответствующий маленькой плотности тока, горизонтальный участок, соответствующий средней плотности тока, и восходящий участок, соответствующий большой плотности тока. При ручной и полуавтоматической сварке, на постоянном токе, процесс протекает на среднем участке статической вольтамперной характеристики дуги. На этом участке напряжение дуги зависит от её газового состава и от величины сварочного тока. Напряжение дуги, с точностью достаточной для практического применения, можно найти по эмпирической формуле: Uд=Kг +0.04*IсвГде: Iсв – Сварочный ток, А. Uд – Напряжение дуги, В. Kг – Коэффициент, зависящий от газовой среды, в которой горит дуга.

Для воздуха Кг = 20, для углекислого газа Кг = 14 и для смеси аргона с углекислым газом Кг = 11.

Если дуга включена в цепь переменного тока промышленной частоты, то процесс горения дуги протекает на нисходящем и горизонтальном участке её вольтамперной характеристики. В дуге переменного тока напряжение и ток непрерывно меняют свои значения и направления. При переходе тока через нолевое значение дуга гаснет и температура дугового промежутка снижается, что вызывает деионизацию дугового промежутка. В таких условиях для стабилизации процесса горения дуги надо принимать определённые меры. Одной из основных мер является применение специальных электродов переменного тока, в состав защитного покрытия которых входят элементы имеющие низкие потенциалы ионизации. Устойчивость дуги улучшается так же при повышении напряжения холостого хода (напряжение на выходе источника при отключенной нагрузке) сварочного источника. Однако увеличения напряжения холостого хода сварочного источника приводит к увеличению массы и габаритов последнего. Кроме этого величина напряжения холостого хода ограничивается правилами техники безопасности, которые ограничивают максимальное действующее напряжение сварочного источника на уровне 80 В (ГОСТ95-77Е). С другой стороны напряжение холостого хода должно быть , не менее чем в 1,8 – 2,5 раз, больше напряжения дуги. Общепринятой мерой повышения стабильности дуги переменного тока является включение в сварочную цепь, последовательно с дугой, индуктивного сопротивления, которое так же может использоваться для регулировки сварочного тока. В этом случае достаточно, чтобы напряжение холостого хода сварочного источника равнялось 60 – 65 В.  В условиях пониженной ионизации дугового промежутка повторное зажигание дуги происходит при напряжении зажигания большем, чем напряжение дуги. Стабилизирующее действие индуктивности объясняется наличием фазового сдвига между напряжением и током в сварочной цепи переменного тока. Благодаря этому сдвигу напряжение, в момент обрыва дуги, близко к своему амплитудному значению, что благоприятно сказывается на повторном зажигании дуги. В процессе сварки длина дуги постоянно меняется. Одной из причин влияющих на длину дуги является процесс плавления и переноса металла электрода.  Электродный металл, расплавленный электрической дугой, переходит в виде капель в ванну жидкого металла, которая образуется на поверхности свариваемого изделия у основания дуги (основание дуги называют также кратером). Процесс переноса металла схематично

изображён на рис. 6.

В начальный момент времени на конце электрода образуется слой расплавленного металла (рис. 6а). Затем, по мере накопления, расплавленный металл принимает вид капли (рис. 6б), которая, через некоторое время перемыкает дуговой промежуток (рис. 6в). В этот момент происходит короткое замыкание сварочной цепи и резкое возрастание величины сварочного тока. Резкое нарастание тока приводит к возникновению электромагнитных сил разрывающих каплю у её основания. Теперь дуга возникает между концом электрода и каплей. Под давлением паров и газов зоны дуги, капля с ускорением вводится в сварочную ванну металла [3]. При этом часть металла в виде брызг выбрасывается из зоны сварка.  Нередко, после сварки с использованием самодельного сварочного источника, всё пространство вдоль сварочного шва оказывается залепленным каплями металла, удалить которые можно только при помощи зубила и молотка. Причина кроется в неудачной внешней вольтамперной характеристики сварочного источника. Свойства сварочного источника определяются его внешними характеристиками: статической и динамической вольтамперными характеристиками. Статическая характеристика источника питания – это зависимость выходного напряжения Uвых от тока нагрузки Iн в установившемся режиме. Обычно статические характеристики источников питания бывают трёх видов: падающая, жёсткая и возрастающая. В установившемся режиме процесс горения дуги регламентируется статическими характеристиками сварочного источника и  сварочной дуги (рис. 7). Как уже говорилось ранее, при ручной дуговой сварке процесс протекает на токах соответствующих горизонтальному участку статической характеристики сварочной дуги (80 – 300 А). Для обеспечения высокого качества сварных изделий, при этом способе сварки, необходимо соблюдать следующие условия: изменения сварочного тока должны быть минимальными, а сила тока короткого замыкания не должна превышать удвоенное значение сварочного тока [4]. Этим условиям

отвечает крутопадающая характеристика сварочного источника.

При полуавтоматической сварке в среде защитного газа на больших плотностях тока, соответствующих началу восходящего участка статической вольтамперной характеристики дуги, для обеспечения саморегулирования сварочного процесса, статическая характеристика сварочного источника должна быть жёсткой и даже возрастающей (при сварке тонкой проволокой, когда плотность тока максимальна). Список используемой литературы: 1.    Справочная книга электромонтёра. Энергоиздат, 1934 г.. 2.    Цукерман М. Б. Источники питания сварочной дуги и электрошлакового процесса. М. “Высшая школа”, 1974 г. 3.    Геворкян В. Г. Основы сварочного дела. М. “Высшая школа”, 1971 г.

4.    Розаренов Ю. Н. Оборудование для электрической сварки плавлением. М. “Машиностроение”, 1987г.

Часть 2. Сварочный трансформатор

Парк бытовых сварочных источников состоит в основном из источников переменного тока. Это объясняется простотой и дешевизной последних, хотя ручная сварка на переменном токе и уступает по качеству аналогичной на постоянном токе. Основным узлом современного сварочного источника переменного тока является специальный, как правило, однофазный сварочный трансформатор. Сварочный трансформатор выполняет роль гальванической развязки между сварочной цепью и напряжением сети, понижает напряжение сети до величины необходимой для сварки и обычно содержит две, электрически не связанные между собой, обмотки. Для уменьшения потерь на вихревые токи, магнитопровод трансформатора набирается из листовой трансформаторной стали толщиной 0.35 – 0.5 мм. По характеру устройства магнитной цепи различают трансформаторы броневого и стержневого типов (рис. 1). 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.

По характеру устройства обмоток различают трансформаторы с цилиндрическими и дисковыми обмотками (рис. 2). Для рассмотрения свойств трансформаторов, того или иного типа, удобно использовать схему замещения

трансформатора [5](рис. 3).

Где: U1, U2 – напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора. r1, r2 – омическое сопротивление первичной и вторичной обмоток трансформатора. L1s, L2s – индуктивность рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора. Lµ - индуктивность намагничивания трансформатора. rc – сопротивление, характеризующее потери в сердечнике трансформатора.

n – коэффициент трансформации трансформатора.

Индуктивность рассеяния Ls обмотки вызывается наличием магнитного потока рассеяния Фs не сцепляемого с другой обмоткой. 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. Только некоторая часть магнитного потока первичной обмотки , называемым потоком рассеяния, протекает в зазоре между обмотками и поэтому не связана со вторичной обмоткой. Так как ток ограничивается только омическим сопротивлением r1 и r2 обмоток, то трансформатор имеет жёсткую характеристику, и ток короткого замыкания на вторичной обмотке более чем в 10 раз превосходит рабочий ток трансформатора. Как было сказано ранее, трансформатор с такой характеристикой не годится для ручной сварки. Для получения падающей внешней характеристики сварочного источника, в  этом случае, используют или балластный реостат или дроссель переменного тока. Наличие этих элементов сильно увеличивает массу и габариты сварочного источника, а так же уменьшают его КПД. Выход может быть в использовании трансформатора с дисковыми обмотками, имеющего падающую внешнюю нагрузочную характеристику.  В трансформаторах с дисковыми обмотками одна обмотка разнесена от другой. Так как обмотки удалены друг от друга, то значительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана со вторичной обмоткой. Ещё говорят, что эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние. Индуктивности рассеивания L1s и L2s имеют значительную величину и их реактивное сопротивление в большей мере влияет на ток трансформатора, чем в случае трансформатора с цилиндрическими обмотками. Трансформатор имеет, необходимую нам, падающую внешнюю характеристику, где рабочий ток составляет ?80% от тока короткого замыкания.  Именно трансформаторы с развитым электромагнитным рассеянием, в основном, используются при ручной сварке на переменном токе. Индуктивность рассеяния трансформатора зависит от взаимного расположения обмоток, от их конфигурации, от материала магнитопровода и даже от близко расположенных к трансформатору металлических предметов. Поэтому точный расчёт индуктивности рассеяния практически невозможен. Обычно, на практике, расчёт ведётся методом последовательных приближений с последующим уточнением обмоточных и конструктивных данных на практическом образце. Возможная методика расчёта трансформатора с развитым электромагнитным рассеиванием приведена в [6]. Регулировка сварочного тока, обычно, достигается изменением расстояния между обмотками, которые выполняются подвижными.  В бытовых условиях трудно выполнить трансформатор с подвижными обмотками. Выход может быть в изготовлении трансформатора на несколько фиксированных значений сварочного тока. Более тонкая регулировка сварочного тока, в сторону уменьшения, может осуществляется укладыванием сварочного кабеля в

кольца.

Ниже приведены обмоточные данные и описана конструкция именно такого сварочного трансформатора,
позволяющего получать два фиксированных значения сварочного тока – 150 А и 120 А.

Размеры и расположение обмоток сварочного трансформатора изображены на рис. 4.  Обмотки мотаются на двух каркасах, выполненных из листового стеклотекстолита толщиной 2 мм. На каркасе первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга стеклотекстолитовой щёчкой толщиной 2мм. Перед намоткой каркас следует усилить, насадив на деревянную оправку. Отверстие, предназначенное для насадки на сердечник, должно быть больше размеров сердечника на 1.5 - 2 мм, что позволит в последствии без проблем собрать трансформатор.  

Первичная обмотка W1 состоит из двух секций  (I и I’), расположенных на различных каркасах и соединённых параллельно. Каждая из секций содержит по 230 витков провода ПЭВ-2 ?1.9 мм. Если в наличие

имеется провод ?2.7 мм, то, в этом случае, первичная обмотка будет состоять из двух секций соединённых

последовательно и содержащих по 115 витков. После намотки слоя провода, его следует уплотнить лёгкими ударами деревянного молотка. Если трансформатор изготавливается в кустарных условиях, то, после намотки каждого слоя, его необходимо промазывать пропиточным лаком. В качестве межслойной изоляции используется пресшпан толщиной 0,5 - 1 мм.  

Для вторичной обмотки W2 берётся голая алюминиевая шина сечением 30 мм2 (5 х 6 мм). Перед

намоткой шину следует плотно обмотать, для изоляции, киперной лентой или тонкой хлопчатобумажной тканью, предварительно порезанной на полосы шириной 20 мм. После изоляции поперечные размеры шины должны увеличится не более чем на 1.5 мм. Так же как и первичная, вторичная обмотка поровну распределена

на обоих каркасах. Секции IIa и IIa’ содержат по 34 витка, а секции IIb  и IIb’ содержат по 8 витков алюминиевой шины. То, что меньшему сварочному току соответствует большее количество витков вторичной

обмотки , не опечатка. Дело в том, что напряжение обмотки пропорционально количеству витков, а реактивное сопротивление пропорционально квадрату этой же величины и поэтому сопротивление обмотки растёт быстрее, чем её напряжение.  Шина укладывается на более широкую сторону и, при правильной изоляции и укладке, в два слоя входит 21 виток. После намотки каждого слоя, его следует уплотнить лёгкими ударами деревянного молотка и обильно промазать пропиточным лаком. Для намотки можно использовать алюминиевую шину такого же сечения, но с другим соотношением сторон. В этом случае, возможно, следует несколько скорректировать высоту секции вторичной обмотки, чтобы в два слоя входило ровное количество витков. После намотки и пропитки трансформатор следует просушить. Температура и время сушки определяются

маркой используемого пропиточного лака.

Сердечник трансформатора набран из пластин холоднокатанной трансформаторной стали шириной 40 мм и толщиной 0.35 мм (холоднокатанная сталь, в отличие от горячекатанной имеющей почти чёрный цвет, имеет белый цвет). Можно использовать листовую сталь от списанного трансформатора трансформаторной

подстанции. Имеющееся железо сначала рубят на полосы, потом режут на фрагменты длиной 108 и 186 мм. Также подойдет железо от понижающего трехфазного трансформатора 380/36 В серии ТСЗИ.

Заусенцы на краях рубленного железа необходимо удалить с помощью надфиля или мелкого напильника. Сердечник собирается в “перекрышку” с возможно меньшими зазорами в местах стыковки отдельных листов.  Конструкция сердечника трансформатора изображена на рис. 5. Готовый, намотанный и собранный трансформатор, необходимо поместить в защитный кожух, который необходимо изготовить из неферромагнитного материала, например алюминия. В кожухе необходимо предусмотреть вентиляционные отверстия.  Для подключения первичной обмотки трансформатора к сети ~220 В, необходимо использовать кабель с медной жилой сечением не менее 6 мм2 и силовую розетку на ток 63А, имеющую заземляющий нож, который необходимо соединить с сердечником трансформатора и с защитным кожухом. Соответственно, заземляющий контакт розетки должен быть надёжно заземлён. Концы вторичной обмотки необходимо подключить к латунным шпилькам диаметром 8 – 10 мм, установленным на диэлектрической термостойкой панели, которая крепится к защитному кожуху

трансформатора. В качестве сварочных можно использовать мягкие медные провода сечением

16 – 25 кв. мм.

Список используемой литературы: 1.    Найвельт Г. С. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Москва, “Радио и связь” 1986 г. стр. 106. 2.    Закс М. И. И др. Трансформаторы для электродуговой сварки. Ленинград, “Энергоатомиздат” 1988г.

стр. 31 – 38.

Часть 3. Дополнение к статье о сварочном трансформаторе.

В отличие от обычных трансформаторов, к сварочному трансформатору предъявляется ряд требований, определяемых спецификой его работы. Во-первых сварочный трансформатор должен иметь определённую нагрузочную характеристику, согласованную с вольтамперной характеристикой дуги (будем считать, что этот вопрос уже хорошо рассмотрен). Во-вторых сварочный трансформатор (в особенности бытовой) должен иметь минимальные габариты и массу.  Специфика работы сварочного трансформатора (СТ) заключается в том, что он нагружен не все 100% времени своего включения. Степень нагруженности СТ определяется продолжительностью нагрузки. ПН=100?tр/tц, Где tр – длительность рабочего цикла, tц – общее время цикла, состоящего из рабочего цикла и паузы. Обычно считается, что ПН сварочного трансформатора не превышает 60%. Для бытового сварочного трансформатора принимают ещё более низкое значения ПН=20%. Данное обстоятельство позволяет уменьшить сечение окна в магнитопроводе, необходимого для размещения обмоток, за счёт увеличения плотность тока в обмотках СТ, относительно трансформатора работающего непрерывно, без значительного ухудшения его

теплового режима. В этом случае, для медной обмотки, плотность тока не должна превышать

8 А/кв.мм, а для алюминиевой 5 А/кв.мм, при сварочном токе до 150А [1]. Работа при максимально возможной индукции в сердечнике СТ позволяет уменьшить сечение сердечника СТ. Для использования этой возможности необходимо знать значение максимальной индукции для выбранного материала сердечника. Здесь ситуация осложняется тем, что самодеятельный конструктор обычно имеет дело с трансформаторным железом неизвестной марки. Пытаясь использовать это железо, обычно выбирают заниженную величину индукции насыщения, что, в свою очередь, приводит к неоправданному увеличению размеров и массы сварочного трансформатора. Ниже приводится методика испытания железа, пользуясь которой можно определить индукцию насыщения трансформаторного железа, имеющегося в распоряжение.    Сначала, из имеющегося трансформаторного железа, нужно собрать тестовый замкнутый магнитопровод сечением 5 – 10 кв. см

(сечение магнитопровода определяется

перемножением толщины пластины на её ширину и общее количество пластин). На полученный магнитопровод необходимо, мягким изолированным проводом сечением 1,5 – 2,5 кв. мм, намотать обмотку на напряжение 5 – 10 В (?50 витков). Затем надо замерить активное сопротивление Rобм обмотки и рассчитать среднюю длину магнитной силовой линии Lс сердечника. Пользуясь формулой на рис.1, можно рассчитать среднюю длину магнитной силовой линии стержневого сердечника. На рис.2 изображена схема, позволяющая определить значение индукции насыщения тестируемого

сердечника. Мощность трансформатора Т не менее 63 ВА.

Результаты измерений заносят во вторую и третью колонки таблицы 1.

Значения в колонках 4 – 5 таблицы рассчитываются по приведённым формулам. Затем, используя данные колонок 5, 6 (H~- напряжённость переменного магнитного поля, B – индукция в сердечнике), строим график кривой намагничивания тестируемого сердечника (рис. 3).

На рис. 3 приведены графические построения, необходимые для нахождения значений индукции

насыщения Bs, максимальной индукции Bm и максимальной напряжённости переменного магнитного поля сердечника H~. Рассчитаем маломощный СТ, предназначенный для работы от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Задавшись напряжением холостого хода СТ Uxx=65 B и максимальным током сварки Iм, определяем габаритную мощность сварочного трансформатора Pг: Pг=Uxx?Iм=65?150=9750 ВА По общеизвестной формуле определяем SоSс:

Где:

J – плотность тока в обмотках (8 А/кв.мм для Cu, 5 А/кв.мм для Al и 6,5 А/кв.мм для CuAl), Ko – коэффициент заполнения окна (0,33 – 0,4), Kc – коэффициент заполнения стали (0.95). Пусть Bm=1,42 Тл, первичная обмотка мотается медным проводом, а вторичная алюминиевым. SoSc=9750/(1,11?1,42?6,5?0,33?0,95)=3035 см^4 Для стержневых трансформаторов рекомендуются следующие соотношения размеров [2]:

X=1,6, Y=2 и Z=2,5 – 5

Где: X=c/a, Y=b/a, Z=h/a (рис. 1). Если Z=4, то SoSc=a^4?12,8 Отсюда можно найти размер “а” сердечника.

Выбираем а=4 см. Зная размер “a”, найдём размеры “c, b, h”:

c=a?X=4?1,6=6.4 см; b=a?Y=4?2=8 см; h=a?Z=4?4=16 см Определим ЭДС одного витка трансформатора: Eв=2,22?0.01?Bm?Sc?Kc=2,22?0.01?Bm?a?b?Kc = 2,22?0.01?1.42?32?0,95 = 0,958 В/вит Количество витков вторичной обмотки: W2 = Uxx/Eв = 65/0,958 = 68 витков Сечение алюминиевого провода вторичной обмотки: S2=Iм/JAL=150/5=30 мм^2 (можно использовать алюминиевую шину сечением 5х6 мм^2). Количество витков первичной обмотки: W1 = U1/Eв = 220/0,958 = 230 витков Найдём максимальный ток первичной обмотки: I1м=Iм?W2/W1=150?68/230=44,35 А Сечение медного провода первичной обмотки: S1=I1м/JCU=44,35/8=5,54 мм^2.Так как трансформатор стержневой, то первичная (и вторичная) обмотка находится на двух катушках. Если катушки включаются параллельно, то они должны содержать по 230 витков провода ПЭВ-2 ?1,9 мм (2,827 мм^2), если последовательно, то должны содержать по 115 витков провода ПЭВ-2 ?2,7 мм (5,7 мм^2).Для получения внешней крутопадающей нагрузочной характеристики, совместно с СТ, можно использовать балластный реостат сопротивлением 0,2 – 0,4 Ом, выполненный из нихромовой проволоки ?3 - 4 мм. Для расчёта трансформатора с дисковыми обмотками (с развитым электромагнитным рассеянием) можно

воспользоваться рекомендациями изложенными в [3].

Литература: 1. В. Баранов. Маломощный электросварочный аппарат. РАДИО №7 за 1996 год, стр. 52-54. 2. А. Н. Горский и др.. Расчёт электромагнитных элементов источников вторичного электропитания. М., РАДИО И СВЯЗЬ, 1988 год, стр. 5.

3. М. И. Закс и др.. Трансформаторы для электродуговой сварки. Л., ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1988 год, стр. 20-40.

Скачать статью

v277.ru


Смотрите также