Сварочные трансформаторы. Часть 2

Любой сварочный трансформатор имеет сердечник - магнитопровод из трансформаторной стали, от магнитных свойств которой (магнитопроницаемости) во многом зависит вес трансформатора. Трансформаторная сталь - это тонколистовая низкоуглеродистая | сталь с повышенным содержанием кремния (до 4%) и низким содержанием серы и фосфора (до 0,02%), из которой изготовляют магнитопроводы трансформаторов и других электрических аппаратов и машин, подвергающихся попеременно намагничиванию и размагничиванию.

От свойства максимально, почти без потерь пропускать через себя магнитный поток зависит вес аппарата при конкретной мощности, т. е. чем выше магнитная проницаемость стали, тем меньше ее потребуется для аппарата.

В промышленности имеются такие сварочные аппараты с высококачественной трансформаторной сталью, вес которых при одинаковой мощности в три раза меньше.

Все сварочные трансформаторы работают на принципе (явлении) электромагнитной индукции, т. е. переменный по направлению (с частотой тока) магнитный поток в магнитопроводе, образовавшийся от действия переменного тока первичной обмотки, пересекает витки вторичной обмотки трансформатора и по закону электромагнитной индукции индуцирует (возбуждает) в ней ЭДС - напряжение. И пока вторичная цепь (сварочная) не будет | замкнута, во вторичной цепи тока (кроме напряжения) не будет.

Крутопадающие и падающие внешние электрические характеристики сварочных трансформаторов обеспечиваются индуктивными сопротивлениями (дросселями и т. п.) в сварочной цепи, т. е. в цепи вторичной обмотки, включенными последовательно. Индуктивное сопротивление - это ЭДС самоиндукции препятствует прохождению сварочного тока и приводит к падению напряжения на дуге, созданию падающей характеристики источника питания.

От величины ЭДС самоиндукции, т. е. реактивной ЭДС зависит крутизна графической линии внешней характеристики.

Индуктивность в сварочной цепи исключает перерывы горения дуги и этим улучшает стабильность горения дуги на переменном токе при переходе его через нулевое значение напряжения.

Регулирование сварочного тока в трансформаторах производится за счет изменения величины индуктивного сопротивления или изменением величины вторичного напряжения холостого хода трансформатора путем секционирования числа витков первичной или вторичной обмоток, но это дает ступенчатое, а не плавное регулирование тока.

Существенным недостатком всех сварочных трансформаторов является низкий коэффициент мощности. Этот недостаток порожден принципом устройства трансформатора, в котором падающая внешняя характеристика создается высокой индуктивностью цепи сварочной. Для надежного зажигания дуги требуется напряжение холостого хода трансформатора должно быть не менее 65 В, тогда как напряжение сварочной дуги 20-30 В. Индуктивное сопротивление создает большие потери мощности.

Сварочные трансформаторы. Часть 3

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и отдельной реактивной обмоткой (дросселем)

Реактивная (дроссельная) обмотка включается в сварочную цепь последовательно. Падающая характеристика и регулировка тока сварки обеспечивается электродвижущей силой (ЭДС) самоиндукции, возникающей в обмотке дросселя и только при наличии в обмотке сварочного тока. Магнитопровод дроссельной катушки имеет своей составной частью подвижной пакет, являющейся частью магнитопровода дросселя. Величиной зазора в магнитном пакете регулируется величина магнитного потока в этом магнитопроводе.

Чем меньше зазор, тем больше магнитный поток, так как он меньше ослабляется (теряется) в воздушном зазоре, а чем больше (зазор, тем меньше магнитный поток в магнитопроводе дросселя.

От величины этого магнитного потока зависит величина индуктированной ЭДС самоиндукции, которая всегда направлена навстречу прохождению основного, сварочного тока в цепи, и чем больше эта ЭДС, тем меньше сварочный ток. Максимальная величина ЭДС самоиндукции бывает при самом малом зазоре в подвижном пакете магнитопровода, когда наибольший магнитный поток, тогда сварочный ток минимальный. Величина магнитного потока при большом воздушном зазоре в магнитопроводе самая малая, ЭДС от этого очень мала, а сварочный ток наибольший, так как он не встречает препятствия при своем прохождении по проводнику.

За счет этих явлений взаимодействия и регулируется плавно величина тока, и обеспечивается падающая характеристика источника тока.

Эта схема в прошлом хорошо себя зарекомендовала и использовалась в промышленности около 40 лет, примерно до 1967 г. Недостатками ее были большой вес трансформаторов, невысокий КПД из-за потерь, сравнительно завышенный расход цветных металлов. По такой схеме выпускались трансформаторы типа СТЭ-22, СТН-500, СТЭ-34. СТН-700, ТСД-1000 и им подобные. Трансформаторы типа СТН были предложены академиком В. П. Никитиным еще в 1925 г., затем под его руководством были усовершенствованы.

Реактивная обмотка (дроссель) выполнялась либо в отдельном корпусе, либо на общем сердечнике) с применением согласного или встречного направления магнитного потока реактивной катушки к основному потоку трансформатора.

Сварочные трансформаторы. Часть 4

Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием

Увеличенные магнитные потоки рассеяния вызывают появление во вторичной обмотке трансформатора реактивной ЭДС

К трансформаторам этой группы относятся трансформаторы с магнитными шунтами пакетами из трансформаторной стали, трансформаторы с подвижными катушками и трансформаторы со ступенчатым (витковым) регулированием тока.

Трансформаторы с магнитным шунтом типа СТАН-0, СТАН-1, ОСТА-350, СТШ-250, СТШ-500 и другие подобные не выпускаются с 1965 г. В свое время они себя прекрасно зарекомендовали (надежность, мягкость процесса сварки), но они неэкономичны по металлу и электроэнергии. Роль шунта магнитного заключается в том, чтобы уменьшать или увеличивать магнитный поток (рассеяние), идущий на вторичную обмотку, отвлекая на себя часть магнитного потока.

Трансформаторы с подвижными катушками сейчас выпускаются массово и имеют определенные достоинства по диапазонам регулирования тока, хорошей динамике, плавности регулирования и в особенности по удержанию стабильным установленного тока, чего нельзя сказать о трансформаторах СТЭ и СТН, у которых приходилось привязывать ручку регулировочную, чтобы при сварке она самопроизвольно не выкручивалась, убавляя при этом ток, так как на нее от подвижного пакета передавались значительные переменные магнитодинамические силы с вибрацией.

В большинстве выпускающихся сейчас сварочных трансформаторов используется принцип перемещения вторичной катушки относительно неподвижной первичной. Этим изменяется индуктивное сопротивление сварочной цепи и обеспечивается крутопадающая характеристика источника тока. Для расширения пределов регулирования сварочного тока в трансформаторах конструктивно предусмотрено переключение на режим малых или больших токов использование того же диапазона плавного регулирования тока. Это достигается за счет переключения вторичных обмоток с параллельного (когда большие токи) на последовательное соединение (на малые токи). Конструктивно трансформаторы этой группы устроены и работают следующим образом.

На нижней части сердечника находится первичная обмотка, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно.

Вторичная обмотка также состоит из двух катушек, но имеет возможность перемещаться по магнитопроводу, приближаясь и удаляясь от первичной катушки.

Катушки первичной и вторичной обмотки соединены параллельно.

Вторичная катушка скреплена специальной траверсой с резьбовым отверстием в центре траверсы. Через это отверстие проходит (вертикально) регулировочный винт, имеющий на верхнем конце рукоять. Вращением этой рукояти с помощью винта траверса с вторичной обмоткой перемещается вверх - вниз до предельных расстояний. Чем ближе катушки первичной и вторичной обмоток друг к другу, тем меньше рассеяние магнитного потока и индуктивное сопротивление, тем больше сварочный ток. Пределы регулирования сварочного тока от 70 до 500 А. На лицевой стенке трансформатора имеется прорезь с указателем ориентировочной силы тока. Трансформаторы этой группы очень надежны и при нормальной эксплуатации даже в условиях учебных мастерских работают более 15 лет.

Перечень моделей трансформаторов, а также другого сварочного оборудования, выпускаемого промышленностью России, с их техническими характеристиками представлен в приложении.

Сварочные трансформаторы. Часть 5

Трансформаторы с жесткой характеристикой для питания электрошлаковой ванны

Трансформаторы с жесткой характеристикой для питания электрошлаковой ванны при ЭШС на токи от 1000 до 3000 А, модели ТШС-1000-1, ТШС-3000-1 - однофазные и ТШС-1000-3, ТШС-600-3, ТШС-ЗООО-3 - трехфазные имеют секционированные первичные и вторичные обмотки для регулирования вторичного напряжения. Изменение вторичного напряжения переключателем витков первичной обмотки производится контроллером, приводимым в действие электродвигателем, управляемым дистанционно - с рабочего места сварщика. Витки вторичной обмотки переключаются перестановкой перемычек. При ЭШС практически отсутствует дуговой процесс, а плавление металла происходит за счет высокой температуры расплавленного шлака (до 2000ºС) за счет прохождения тока через шлак.

К специализированным сварочным трансформаторам можно отнести малогабаритные, маломощные переносные (монтажные) трансформаторы, в том числе и бытовые, с ПР = 20%, пригодные для сварки с большими перерывами (1 минута сварки, 4 минуты пауза). Такие трансформаторы позволяют выполнять сварку электродами диаметром 2,3,4 мм с хорошими результатами. Трансформаторы имеют увеличенное магнитное рассеяние и секционированные вторичные обмотки, подвижную вторичную обмотку и падающие внешние электрические характеристики.

Специальные многопостовые сварочные трансформаторы не выпускаются, но при необходимости можно использовать любой сварочный трансформатор достаточной мощности для двух и более сварочных постов, применяя на каждом посту свой отдельный дроссель (регулятор), которым устанавливается потребная величина тока, например дроссель РСТЭ-34. Падающая характеристика на каждом посту создается своим, отдельным дросселем.

Два-три сварочных поста можно питать, например, от трансформатора ТДМ-503, три-четыре - от ТСД-1000, используя для каждого поста отдельный дроссель.

Можно использовать любой понижающий трехфазный трансформатор достаточной мощности и с необходимым вторичным напряжением обмотки, но с персональным дросселем (регулятором) для каждого поста.