Что напряжение холостого хода сварочного. Все о сварочном трансформаторе

Работа сварочного трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Режим холостого хода трансформатора устанавливают при разомкнутой вторичной обмотке в момент подключения первичной обмотки к сети переменного тока с напряжением U1.

Работа трансформатора

При этом по первичной обмотке идет ток I1, который создает переменный магнитный поток Ф1. Этот поток индуцирует во вторичной обмотке переменное напряжение U2. Поскольку цепь вторичной обмотки разомкнута, ток в ней не идет I2 = 0 и никаких затрат энергии во вторичной цепи нет. Поэтому вторичное напряжение на холостом ходу максимально и эту величину называют напряжением холостого хода U2 = Uхх.
Отношение напряжений первичной и вторичной обмоток при холостом ходу называют коэффициентом трансформации К. Он также равен отношению чисел витков первичной обмотки w1 и вторичной обмотки w2:

В сварочных трансформаторах сетевое напряжение 220 В или 380 В преобразуется в более низкое напряжение холостого хода U2 = Uхх = 60...80 В.
Режим нагрузки устанавливают благодаря замыканию цепи вторичной обмотки в момент зажигания дуги. При этом под действием напряжения U2 во вторичной обмотке и дуге появляется ток I2 = Iсв. Этот ток в сердечнике создает переменный магнитный поток, который стремится уменьшить величину потока, создаваемого первичной обмоткой Ф1. Противодействуя этому, сила тока в первичной обмотке увеличивается. Увеличение потребления энергии в первичной обмотке должно быть равно увеличению отдачи энергии дуги вторичной обмоткой в соответствии с законом сохранения энергии.
Напряжение во вторичной обмотке трансформатора при нагрузке равно:

где Uд – падение напряжения на дуге; XL – индуктивное сопротивление сварочного контура.
Омическое сопротивление сварочного контура R, включая вылет электрода, значительно меньше индуктивного сопротивления ХL. По этой причине при расчете U2 величиной R пренебрегаем.
Часть магнитного потока Фр по пути от первичной обмотки ко вторичной рассеивается в пространстве. Магнитный поток рассеивания тем больше, чем больше расстояние между обмотками.
В результате вторичную обмотку пронизывает магнитный поток Ф2. Падающая внешняя вольтамперная характеристика сварочного трансформатора получается благодаря изменению величины рассеивания магнитного потока Фр.
При этом напряжение дуги Uд уменьшается Uд = U2 – Iсв·XL при увеличении силы сварочного тока Iсв и индуктивного сопротивления XL.
Как показано на рисунке ниже, регулировать трансформатор можно:
изменяя индуктивное сопротивление сварочного трансформатора XL,
изменяя напряжение холостого хода Uхх.

Регулирование силы сварочного тока Iсв, силы тока короткого замыкания Iкз и напряжения холостого хода Uхх трансформатора

Первый способ более распространен и позволяет плавно регулировать сварочный ток. Второй способ применяют как дополнительный. Как правило, трансформатор имеет одну или две фиксированные величины Uхх и U"хх. U"хх получают, устанавливая дополнительные секции в первичной или вторичной обмотках. При величине напряжения холостого хода U"хх, как и при Uхх, можно плавно регулировать индуктивное сопротивление ХL, а следовательно – сварочный ток Iсв и ток короткого замыкания Iкз.
Плавное двухдиапазонное регулирование тока позволяет уменьшить массу и габариты трансформатора. Для получения диапазона больших токов обе катушки первичной и вторичной обмоток включаются попарно параллельно, как показано на рисунке ниже. Для получения диапазона малых токов катушки первичной и вторичной обмоток включаются последовательно.

Конструктивная схема сварочного трансформатора с подвижными катушками вторичной обмотки

Регулирование сварочного тока Iсв (как и Iкз) при постоянном напряжении холостого хода трансформатора Uхх возможно только за счет изменения индуктивного сопротивления.
В существующих конструкциях трансформаторов регулирование индуктивного сопротивления вторичной цепи может быть выполнено:
изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками;
изменением зазора магнитопровода дросселя, выполненного отдельно от трансформатора.
Первый вариант интересен простой и надежной конструкцией. Однако если сваривать необходимо на расстоянии 10...40 метров от трансформатора, то отдельный регулятор будет всегда под рукой у сварщика. Такой регулятор весит значительно меньше трансформатора, поэтому его легче перемещать.
При коротком замыкании электрод касается изделия Uд = 0. Напряжение во вторичной обмотке U2 = Iкз XL. Отсюда

Из всевозможных видов промышленного оборудования самым распространенным является сварочный трансформатор. Такой аппарат состоит из нескольких ключевых узлов и способен создавать ток, дуга которого плавит сталь, и соединяет стороны изделия в единый шов. Оборудование делится на несколько видов по сложности исполнения конструкции, а также способности выдавать необходимую величину напряжения. В чем заключается принцип действия сварочного трансформатора и его устройство? Какие физические процессы происходят внутри аппарата? Чем одни изделия могут отличаться от других? Материал статьи и видео сполна осветят эти вопросы.

Чтобы осуществлять плавление металла электрической дугой, необходимо изменить параметры тока, потребляемого от сети. В аппарате он модернизируется так, что напряжение понижается (V), а сила тока возрастает (А). Сварка металла этим оборудованием возможна благодаря несложным комплектующим, входящим в его конструкцию. Большинство моделей включают в себя:

магнитопровод;
стационарную первичную обмотку из изолированного провода;
движущуюся вторичную обмотку, часто без изоляции, для улучшения теплоотдачи;
вертикальный винт с лентовидной резьбой;
ходовую гайку винта и крепление к обмотке;
рукоятку для вращения винта;
зажимы для вывода и крепления проводов;
корпус с жалюзи для охлаждения.

Некоторые сварочные трансформаторы переменного тока содержат дополнительное оборудование, совершенствующее их работу, о котором будет описано ниже в разделе схем.

Устройство сварочного трансформатора предусматривает магнитопровод. Сердечник не влияет на силу тока, а лишь способствует образованию магнитного поля. Для этого используется пакет пластин из специальной стали. Их поверхность покрывается оксидной изоляцией. Некоторые модели лакируются. Если бы сердечник был из сплошного металла, то вихревые токи (токи Фуко), получаемые из-за действия магнитного потока, снижали бы индукцию поля. За счет наборных составляющих сердечник не образует сплошной проводник, что снижает влияние токов Фуко.

Для более тихой работы пластины сердечника важно стягивать потуже. Слабое соединение ведет к вибрации составляющих благодаря прохождению переменного тока с частотой 50 Гц. Но даже плотное стягивание не устраняет всего шума, поэтому любой расчет сварочного трансформатора подразумевает гул, что слышно на видео по его работе.

Принцип работы сварочного трансформатора

Аппарат, состоящий из вышеописанных элементов, работает по следующему принципу:

Напряжение из сети подается на первичную обмотку, в которой образуется магнитный поток, замыкающийся на сердечнике устройства.
После этого напряжение передается на вторичную катушку.
Магнитопровод, созданный из ферромагнитных материалов, размещая на себе обе обмотки, создает магнитное поле. Индуцирующий магнитный поток образовывает в обмотках переменные электродвижущие силы (ЭДС).
Разница в количестве витков катушек позволяет изменять ток с необходимыми для сварки значениями V и А. По этим показателя происходит расчет сварочного трансформатора.

Существует прямая взаимосвязь между количеством витков вторичной обмотки и получаемым напряжением. При необходимости повысить исходящий ток, вторичную катушку наматывают в большем количестве. Трансформатор для сварки относится к понижающему типу, поэтому число витков вторичной обмотки у него значительно меньше, чем на первичной.

Устройство и принцип действия сварочного трансформатора призвано и регулировать силу исходящего тока, путем изменения расстояния между первичной и вторичной катушками. Именно для этого и предусмотрена движущаяся часть конструкции. На некоторых видео хорошо заметно, что вращение рукоятки и сведение катушек друг к другу приводит к увеличению сварочного тока. Обратное вращение и разведение обмоток способствует понижению силы тока. Это происходит за счет изменения магнитного сопротивления, вследствие чего и возможна быстрая регулировка напряжения, позволяющая подбирать сварочный ток в зависимости от толщины стали и положения шва.

Холостой ход

Сварочный трансформатор имеет два режима работы: под нагрузкой и холостой. Во время выполнения шва, вторичная обмотка замыкается между электродом и изделием. Мощный сварочный ток позволяет плавить металл и образовывать надежное соединение. Но когда сварка окончена, вторичная цепь размыкается. И аппарат переходит в режим холостого хода.

Электродвижущие силы в первичной катушке имеют двойное происхождение. Первые образуются из-за рабочего магнитного потока, а вторые путем рассеяния. Эти ЭДС создаются ответвляясь от основного потока в магнитопроводе, и замыкаясь между витками катушки по воздуху. Именно они и образуют величину холостого тока.

Холостой ход должен быть безопасным для жизни сварщика и ограничиваться 48 V. некоторые модели имею допустимое значение в 60-70 V. Если ЭДС от потока рассеивания превышают эти значения, то устанавливается автоматический ограничитель этого значения. Он должен срабатывать менее чем через секунду после разрыва цепи и прекращения сварки. Для дополнительной защиты сварщика корпус аппарата всегда заземляется, чтобы возникшее напряжение на кожухе, из-за повреждения изоляции первичной обмотки, миновало человеческое тело и уходило в землю.

Схема сварочного трансформатора и ее модификации

Кроме стандартных устройств для изменения тока, сварочный трансформатор может содержать некоторые совершенствующие узлы. Схемы данного оборудования могут быть дополнены:

несколькими вторичными обмотками;
конденсаторами;
импульсными стабилизаторами;
тиристорными фазорегуляторами.

Дополнительно, в схему трансформатора добавляется сопротивление, предназначенное для продолжения регулировки силы тока там, где разведение обмоток не дает нужного результата. Это востребовано при работе с тонким металлом или очень мощными моделями оборудования. Сопротивление может быть в виде отдельного корпуса с набором контакторов, задающих определенное значение Ом, через которое будет проходить ток от вторичной обмотки, либо обычной пружиной из высокоуглеродистой стали, прикрепляемой к кабелю массы.

Расчет сварочного трансформатора

Для разных видов сварки необходимы трансформаторы разной мощности. Основной расчет производится на основании разности витков обмотки между первичной и вторичной катушками. Для понижающих устройств действует правило, что если исходящее напряжение необходимо понизить в 10 ил 100 раз, то и количество витков на вторичной катушке должно быть меньше в 10 или 100. Это значение имеет погрешность в 3%. Это же правило действует и в обратную сторону.

Каждое устройство подобного типа имеет свой коэффициент трансформации. Это значение (n) показывает масштабирование силы тока при переходе от первичного (i1) во вторичный (i2). Расчет таков: n = i1/i2. Исходя из этого можно создать устройство подходящее под конкретные виды сварки.

Отличия и разновидности оборудования

Виды сварочных трансформаторов разделяются по рабочему предназначению. Они различаются по:

Весу и размеру. От компактных с ремнем для плеча, до больших, перемещаемых на колесиках или тельфером
Выдаваемому напряжению холостого хода от 48 V до 70 V.
Силе тока от 50 до 400 А. На крупных производственных предприятиях встречаются модели с показателем 1000А.
Потребляемого тока и количеству фаз - 220-380V. Одно и трехфазные версии.
Импульсной подаче тока или непрерывной.
Возможности работы с разными диаметрами электродов, от 2 до 6 мм.

Трансформаторная сварка - простой способ получить крепкое соединение. Она хорошо подойдет для монтажа заборов, сварки труб, создании стеллажей и каркасов беседок. Издаваемый гул от аппарата и треск сварочной дуги вносят некоторый дискомфорт от использования устройства.

Сварочные трансформаторы отличаются ценовой доступностью в магазинах и легкостью схемы сборки в домашних условиях. Их принцип действия несложен, а работа аппарата на видео помогает понять основы обращения с агрегатом. Качество шва сохраняется на высоком уровне, поэтому они широко применяются в быту и промышленной сфере.

Трансформатор, как любое электромагнитное устройство, имеет несколько устойчивых режимов, в которых может (и должен) работать неограниченно долго.

Режимы работы трансформатора

Существует пять характерных режимов работы трансформатора:

Рабочий режим;
Номинальный режим;
Оптимальный режим;
Режим холостого хода;
Режим короткого замыкания;

Рабочий режим

Режим характеризуется следующими признаками:

Напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему \(\dot{u}_1 ≈ \dot{u}_{1ном}\);
Ток первичной обмотки меньше своего номинального значения или равен ему \(\dot{i}_1 ≤ \dot{i}_1ном\).

В рабочем режиме эксплуатируются большинство трансформаторов. Например, силовые трансформаторы работают с напряжениями и токами обмоток отличными от номинальных. Так происходит из-за переменчивого характера их нагрузки.

Измерительные, импульсные, сварочные, разделительные, выпрямительные, вольтодобавочные и другие трансформаторы, также обычно эксплуатируются в рабочем режиме просто из-за того, что напряжение сети к которой они подключены отличается от номинального.

Номинальный режим работы

Характерные признаки режима:

Напряжение первичной обмотки равно номинальному \(\dot{u}_1 = \dot{u}_{1ном}\);
Ток первичной обмотки равен номинальному \(\dot{i}_1 = \dot{i}_{1ном}\).

Номинальный режим работы является частным случаем рабочего режима. В таком режиме могут работать все трансформаторы, но как правило, с бóльшими в сравнении с рабочим режимом потерями и как следствие, с меньшим КПД (коэффициентом полезного действия). Из-за этого при эксплуатации трансформатора его избегают.

Оптимальный режим работы

Режим характеризуется условием:

\begin{equation} k_{нг} = \sqrt{P_{хх}\over P_{кз}} \end{equation}

Где \(P_{хх}\) — потери холостого хода;
\(P_{кз}\) — потери короткого замыкания;
\(k_{нг}\) — коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый по формуле:

\begin{equation} k_{нг} = {I_2\over I_{2ном}} \end{equation}

Где \(P_2\) — ток нагрузки вторичной обмотки;
\(P_{2ном}\) — номинальный ток вторичной обмотки.

В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) по существу представляет собой условие максимального КПД (Смотри «Трансформаторы. Оптимальный режим работы»).

Режим холостого хода

Характерные признаки режима:

Вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением гораздо большим сопротивления номинальной нагрузки обмотки(1) трансформатора;
К первичной обмотке приложено напряжение \(\dot{u}_{1хх} = \dot{u}_{1ном}\);
Ток вторичной обмотки \(\dot{i}_2 ≈ 0\) (для трехфазного трансформатора — \(\dot{i}_{2ф} ≈ \dot{i}_{2л} ≈ 0\).

На рисунке 1 изображена схема опыта холостого хода однофазного, а на рисунке 2 — трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 1 — Схема опыта холостого хода однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 2 — Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

По существу в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода является рабочим для трансформаторов напряжения. Кроме того, этот режим служит для определения тока \(i_х\), мощности \(ΔQ_хх\) холостого хода и ряда других параметров (смотри «Опыт холостого хода трансформатора»).

Примечание :
Под сопротивлением номинальной нагрузки обмотки понимается величина \(R_{Нном}\), равная отношению номинального напряжения обмотки \(U_{ном}\) к её номинальному току обмотки \(I_{ном}\)

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания характеризуется:

Вторичная обмотка замкнута накоротко или к ней подключена нагрузка сопротивлением гораздо меньшим внутреннего сопротивления трансформатора;
К первичной обмотке приложена такая величина напряжения \(\dot{u}_1\), что ток первичной обмотки равен её номинальному току \(\dot{i}_1 = \dot{i}_{1ном}\)
Напряжение вторичной обмотки \(\dot{u}_2 = 0\) (для трехфазного трансформатора — \(\dot{u}_{2ф} = \dot{u}_{2л} = 0\).

Схема опыта короткого замыкания изображена на рисунке 3 для однофазного, а на рисунке 4 — для трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 3 — Схема опыта короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 4 — Схема опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора

Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов. Также он используется для определения напряжения \(u_к\), мощности \(ΔP_кз\) короткого замыкания и других параметров трансформатора (смотри «Опыт короткого замыкания трансформатора»).

Список использованных источников

Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: учебник / Л.А. Бессонов — Москва: Высшая школа, 1996 — 623 с.
Вольдек, А.И. Электрические машины: учебник для студентов вузов / А.И. Вольдек — СПб.: Энергия, 1978 — 832 с.
Касаткин А.С. Электротехника: учебное пособие для вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов — Москва: Энергоатомиздат, 1995 — 240 с.

Или наоборот, сварочный инвертор под электростанцию?

При выборе электростанции (электрического генератора) для сварочного инвертора многие задаются следующими вопросами:

— какую выбрать мощность электростанции для полноценной работы сварочного инвертора?

— что именно необходимо учитывать при подключении сварочного инвертора к электростанции?

В данной статье мы постараемся полностью ответить на данные вопросы и рассмотрим каждый пункт по-отдельности.

Чтобы приступить к расчетам мощности, необходимо сперва взглянуть на технические характеристики, которые указаны на странице о товаре или в техническом паспорте сварочного инвертора.

К примеру, возьмем обычный аппарат, у которого максимальный ток сварки: 160А

У каждого инверторного аппарата есть своя регулировка тока сварки, например: от 10 до 160 ампер.

Это значит, что сварщик может использовать как средний, так и максимальный ток сварки (редко кто использует минимальный). Но производители частенько пишут просто «мощность» или «потребляемая мощность», забывая упомянуть (иногда специально) о «максимальной потребляемой мощности». Не следует сразу же паниковать, необходимо во всем разобраться по порядку.

Чтобы рассчитать максимальную потребляемую мощность, необходимо умножить максимальный сварочный ток (у нас 160А) на напряжение дуги (как правило, 25В), и затем разделить полученное значение на КПД сварочного инвертора (обычно 0,85).

У всех инверторов на 160А примерно одинаковые показатели КПД, а вот напряжение на дуге может отличаться. Чтобы сверить показатели, необходимо взять в руки (или скачать с сайта) паспорт на оборудование.

Теперь получаем формулу: 160А*25В/0,85=4705 Вт

Результат 4705Вт и будет являться максимальной мощностью сварочного инвертора. Теперь следует рассчитать среднюю мощность. Что же такое эта средняя мощность сварочного инвертора?

Это максимальная мощность с поправкой на «Продолжительность Включения» или просто «ПВ». Ни один сварочный инвертор не сможет работать на максимальном токе сварки постоянно, поскольку сварщик не может «жарить» электроды без перерыва.

К примеру, у нашего аппарата ПВ составляет 40%. Следовательно, средняя мощность сварочного инвертора равна:

4705Вт*0,4=1882Вт

Как видите, это совсем не сложно. Так как мы разобрались с мощностью инвертора, теперь можно перейти и к выбору генератора.

Подбирать электростанцию следует по максимальной потребляемой мощности, прибавив примерно 20%-30% к запасу энергии, чтобы не «насиловать» генератор и не эксплуатировать его на пределе своих возможностей.

Обязательно следует отметить, что потребляемая мощность сварочного инвертора обозначается всегда в «кВт», а вырабатываемая мощность генератора может быть в «кВА» вместо «кВт».

Это просто необходимо учесть при расчете. Из-за того, что большинство поставщиков завозит продукцию из Китая (там самые дешевые электростанции), перевод на российские значения происходит не всегда.

Также иногда «особо жадные» продавцы в России пишут на генераторах максимальную мощность не в кВА, а в кВт. Поскольку практически все генераторы из-за рубежа вырабатывают мощность в кВА (кило Вольт Ампер), то следует уточнять эту информацию у продавца, например, запросив паспорт.

Если у выбранного вами генератора значение мощности все-таки в «кВА», то произвести расчет можно по следующей формуле: 1кВт=1кВА*КМ («Коэффициент Мощности»).

кВт — потребляемая мощность инвертора, кВА — мощность генератора. Необходимо отметить, что некоторые зарубежные производители умудряются писать «кос. фи» вместо «КМ».

Напряжение холостого хода- какое лучше?

Косинус фи — совсем другая величина, которая к сварочным инверторам не имеет никакого отношения. Коэффициент Мощности сварочных инверторов всегда варьируется от 0,6 до 0,7.

Необходимо это запомнить.

Теперь представим, что наш генератор на 5кВА, а сварочный инвертор с КМ равен 0,6 (если уверены в качестве инвертора, то берите КМ — 0,7). Следуя нашей формуле, 5кВА*0,6=3кВт — это значение сварочного инвертора, которое максимум «потянет» наша электростанция.

Если применим эти вычисления для нашего инвертора на 160А с максимальной потребляемой мощностью равной 4705Вт, то получим: 4705Вт/0,6=7841кВА. Добавьте сюда запас в 20% для генератора и получите такую цену на генератор, что желание такого подключения может сразу отпасть.

Но здесь есть и хорошие новости.

Если потребляемая мощность инвертора превышает максимально допустимую мощность генератора, их все равно можно подключать вместе, соблюдая при этом некоторые правила.

Не следует «накручивать» сварочный ток сварочного инвертора больше допустимого предела по мощности. Тогда можно работать таким образом сколько угодно. Чтобы узнать максимальный предел допустимой «накрутки» сварочного тока, необходимо произвести следующее вычисление.

Возьмем максимально допустимую потребляемую мощность инвертора в 3 кВт, умножим её на КПД инвертора и поделим на напряжение дуги.

Чтобы получить максимальный сварочный ток при работе от электростанции, которая составляет 5кВА, необходимо:

3000Вт*0,85/25В=102А

Это и есть максимальный сварочный ток, которым можно работать в данных условиях от электростанции, мощностью 5кВА. Не густо конечно, но работать электродом 2-3мм можно вполне спокойно.

Теперь вы знаете, какой генератор выбрать к сварочному инвертору.

Мы постарались в максимально простой форме объяснить вам эти нюансы. Думаю, примеры помогут гораздо легче их освоить. Если мы помогли Вам этой статьей, значит, наши специалисты трудились над ней не напрасно.

Глава 3. Сварочная дуга и требования к источникам ее питания

Общие сведения об источниках питания сварочной дуги

К источникам питания сварочной дуги предъявляются технические требования, связанные со статической характеристикой дуги, процессом плавления и переноса металла при сварке.

Эти источники значительно отличаются от электрических аппаратов, применяемых для питания током силовых и осветительных установок, и имеют следующие отличительные особенности:

сварочные аппараты должны быть оборудованы устройством для регулирования силы сварочного тока, максимальное значение которого ограничивается определенной величиной;
ток кратковременного короткого замыкания, возникающий в момент касания электродом изделия и при переносе расплавленного металла на изделие, должен быть определенной величины, безопасной для перегрева аппарата и пережога обмоток и достаточной для быстрого разогрева конца электрода, ионизации дугового пространства и возникновения дуги;
напряжение холостого хода должно обеспечивать быстрое зажигание дуги, но не создавать опасности поражения сварщика электрическим током при соблюдении работающим правил безопасности; обычно оно в 1,8-2,5 раза больше рабочего напряжения дуги и находится в пределах 60-80 В.
В правилах устройства электроустановок указаны предельные величины напряжения холостого хода аппаратов ручной дуговой сварки - постоянного тока 100 В (средняя величина), переменного 80 В;
в процессе ручной сварки в зависимости от применяемой марки электродов и мастерства сварщика длина дуги может меняться в пределах 3-5мм и соответственно будет меняться напряжение дуги, однако при этом лишь незначительно может меняться установленная сила тока, обеспечивающая требуемый тепловой режим сварки.

Все указанные требования учитываются внешней вольтамперной характеристикой источника питания, которой называется зависимость между величиной сварочного тока и напряжения на выходных клеммах сварочного аппарата.

Различают несколько типов внешних характеристик (рис. 3.7); крутопадающую I, пологопадающую II, жесткую III и возрастающую IV. Для ручной дуговой сварки используют источники питания с крутопадающей характеристикой, которая наиболее отвечает требованиям данного процесса: при изменении длины дуги, неизбежном во время ручной сварки, незначительно изменяется напряжение, а сила тока практически остается постоянной.

Напряжение холостого хода достаточно высокое для зажигания дуги в начале работы. Источники с крутопадающей характеристикой используют также для сварки в защитном газе неплавящимся электродом и для сварки под флюсом. Источники с другими типами внешних характеристик используют для сварки под флюсом, сварки тонкой проволокой, электрошлаковой сварки и для многопостовых установок.

Холостой ход

3.7. Внешние вольт-амперные характеристики источников питания
/ - крутопадающая, // - пологопадающая, /// - жесткая, IV - возрастающая

Кроме указанных внешних характеристик источники питания дуги должны обладать хорошими динамическими свойствами - должны быстро реагировать на перерывы при копотком замыкании и восстанавливать горение дуги.

Для сварочных генераторов Государственным стандартом СССР установлен динамический показатель времени восстановления напряжения от нуля до рабочего (восстановления дуги) не более 0,3 с.

Источники питания для ручной дуговой сварки работают в режиме ПН (продолжительности нагрузки) или ПР (продолжительности работы), что равнозначно. При этих режимах установленная неизменная нагрузка (сварочный ток) чередуется с холостым ходом источника, когда в сварочной электрической цепи ток практически отсутствует.

Продолжительность работы не должна быть настолько длительной, чтобы температура нагрева источника могла достигнуть значения, недопустимого для него. Этот режим определяется отношением времени сварки tcв к сумме времени сварки и времени холостого хода источника tx,x:

Величина ПН источников для ручной дуговой сварки обычно равна 60%, продолжительность цикла (tсв+tx,x) источников переменного тока - трансформаторов- 300 с (5 мин), источников постоянного тока 300 и 600 с (5 и 10 мин).

За время tx,x происходит охлаждение источника, нагретого во время tсв.

Если вместо холостого хода в перерывах происходит отключение источника питания (пауза), то такой режим называют повторно-кратковременным (ПВ). Он определяется также в процентах

где tп - время паузы, при котором отсутствуют потерн энергии, имеющиеся при холостом ходе (tx,x).

Повторно-кратковременный режим исрользуют при работе сварочными полуавтоматами. Постоянный рабочий режим (ПВ = 100 %) используют для установок автоматизированной сварки или для автоматов.

Сварочный ток, напряжение и мощность, при которых не происходит перегрев источника в максимальном расчетном режиме, называют номинальными.

При использовании многопостовых источников сварочного тока ‘(выпрямителей, преобразователей) необходимо, чтобы они имели жесткую вольтамперную характеристику, а отдельные посты, снабженные балластными реостатами, обеспечивали бы крутопадающие внешние характеристики каждого поста и возможность регулирования реостатом силы сварочного тока.

Сварочным постом называют специально оборудованное рабочее место для сварки. Однопостовой источник обслуживает один пост, многопостовой - несколько постов.

Важной характеристикой источников сварочного тока является коэффициент полезного действия π1 который равен отношению полезной мощности источника Р к его полной потребляемой мощности Рп:

Полезная мощность источника постоянного тока определяется произведением номинального тока на номинальное напряжение

Потребляемая мощность Рп - мощность источника при номинальных /, U и Р с учетом потерь на трение и электрическое сопротивление источника, т.

е. потерь в самом источнике.

Для чего служит сварочный трансформатор

индустрия » Электротехника » Сварочные аппараты » Сварочный трансформатор

Сварочные трансформаторы используются для электродуговой сварки переменным током.

Сварочными устройствами постоянного тока называются преобразователями, выпрямителями

или инверторами. Маркировка трансформаторов для ручной сварки плавящимся электродом выглядит следующим образом, ТДМ-316, что означает:

Т — трансформатор сварочный;
Д — дуговая электросварка;
М — механизм регулирования тока сварки;
31 — максимальное значение сварочного тока 310 А;
6 — номер модели трансформатора.

Устройство сварочного трансформатора включает магнитопровод в виде набранного из пластин стального сердечника, и двух изолированных обмоток. Первичная обмотка подключается к силовой сети (220 или 380В), а вторичная одним концом к держателю сварочного электрода, а другим к свариваемой детали.

Вторичная обмотка состоит из двух частей на разных катушках. Одна из них подвижная и выполняет функцию дросселирующего устройства управления сварочным током. Перемещение дроссельной обмотки вдоль магнитопровода осуществляется винтом управления. Величина воздушного зазора между первичной и подвижной частью вторичной обмотки определяет значение сварочного тока.

Изменение тока совпадает с изменением воздушного зазора. Т.е. с увеличением зазора ток увеличивается (во многих статьях можно встретить ошибочные данные по направлению изменения тока и зазора). Обычно сварочные трансформаторы имеют диапазоны регулирования от 60 до 400А. Напряжение холостого хода трансформатора составляет 60-65В. При зажигании дуги напряжение падает до рабочего значения 35-40В. Сварочные трансформаторы имеют защиту от короткого замыкания. Внешняя вольтамперная характеристика для дуговой сварки является падающей.

На фото 1 устройство сварочного трансформатора серии ТДМ представлено схематическим изображением:

Поз.
1 – первичная обмотка трансформатора из изолированного провода.
Поз. 2 – вторичная обмотка не изолирована, с воздушными каналами для лучшего режима охлаждения.
Поз. 3 – подвижная составляющая магнитопровода.
Поз. 4 – система подвеса трансформатора в корпусе агрегата.
Поз. 5 – система управления воздушным зазором.
Поз.6 – ходовой винт управления воздушным зазором.
Поз.
7 – рукоятка привода управляющего винта.

Промышленные сварочные агрегаты представляют собой многопостовые устройства. Для возможности перемещения нижняя рама выполняется в виде шасси с одной или двумя парами колес.

Сам трансформатор в корпусе крепиться на аммартизирующей подвеске. Сварочные трансформаторы для сварки постоянным током дооборудуются выпрямляющими (диодными) приставками или инвертором постоянного тока.

Устройство сварочных трансформаторов

Полезная информация — Применение сварочного оборудования

Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги.

Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60-75 В. При сварке на малых токах (60-100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 - 80 В.

Понижающий сварочный трансформатор, основой которого является магнитопровод (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе имеются первичная и вторичная (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Первичная обмотка сварочного трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке индуктируется переменный ток низкого напряжения.

Обмотку дросселя включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой сварочного трансформатора.

Трансформаторы сваролчные с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТДМ и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке.

Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.

Катушки первичной обмотки такого трансформатора сварочного неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные.

Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая - при удалении. С ходовым винтом связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока.

Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.

Трансформаторы сварочные снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке.

Трансформаторы сварочные отличаются наличием компенсирующих конденсаторов, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (соs ?).

Сварочныу трансформаторы ТДМ представляет собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния.

Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Трансформатор сварочный работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное - диапазон малых токов.

Правила техники безопасности при эксплуатации сварочных трансформаторов.

В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы.

Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу.

Каким должно быть напряжение холостого хода сварочного инвертора?

Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т.

е. иа электрододержателе.Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.

При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства - ограничители холостого хода.

Pereosnastka.ru

Устройство сварочного трансформатора

Сведения о сварке

Устройство сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты и служит для питания сварочной дуги.

Трансформатор имеет стальной сердечник (магнитопровод) и две изолированные обмотки. Обмотка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и свариваемому изделию,- вторичной.

Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60-65 В; напряжение дуги при ручной сварке обычно не превышает 20-30 В.

1. Сварочный трансформатор ТСК-500: а - вид без кожуха, б - схема регулирования сварочного тока, в - электрическая схема

Одним из наиболее распространенных источников питания переменного тока является сварочный трансформатор ТСК-500 (рис.1).

В нижней части сердечника находится первичная обмотка, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток соединены параллельно.

Вторичная обмотка- подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта, с которым она связана, и рукоятки, находящейся на крышке кожуха трансформатора.

Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 6 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает.

При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет (индуктивное сопротивление увеличивается) и сварочный ток уменьшается.

Пределы регулирования сварочного тока- 165-650 А.

Для приближенной установки силы сварочного тока на верхней крышке кожуха расположена шкала с делениями. Более точно сила тока определяется по амперметру.

Сварочный трансформатор ТСК-500 в отличие от ТС-500 имеет в первичной цепи конденсатор 4 большой мощности. Конденсатор включается параллельно первичной обмотке и предназначен для повышения коэффициента мощности (косинуса «фи»).

Однотипными, но меньшей мощности, являются трансформаторы ТС-300 и ТСК-300.

Трансформаторы ТД-500 и ТД-300 работают по такому же принципу, но для переключения обмоток с параллельного на последовательное соединение снабжены переключателями барабанного типа.

Устройство сварочного выпрямителя

Статьи по теме:

Понятие сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор

Сварочный трансформатор предназначается для преобразования электрической энергии, подводимой к его первичной обмотке, в электрическую энергию с низким вторичным напряжением и большим током. Форма импульса сварочного тока полностью предопределяется схемным решением силовой электрической промежуточной части, от которой осуществляется питание сварочного трансформатора или питание сварочного контура машины.

Классификация сварочных трансформаторов

В зависимости от способа питания контактных машин все сварочные трансформаторы делятся на две основные группы:

Сварочные трансформаторы, преобразующие электрическую энергию переменного тока частотой 50Гц, потребляемую из сети непосредственно во время сварки;
Сварочные трансформаторы, преобразующие энергию, предварительно накопленную;

Главная доля (более 90%) из всего числа сварочных трансформаторов приходится на однофазные трансформаторы переменного тока частотой 50Гц.

Принципиальная схема устройства и работы сварочного трансформатора

Основные элементы сварочного трансформатора:

1 — обмотка высшего напряжения
2 — магнитная система
3 — обмотка низешего напряжения
реактор(дроссель) — предназначенный для регулирования вторичного тока — тока сварки путем изменения воздушного зазора магнитной цепи.
Реактор состоит из неподвижной магнитной системы 4 и ее обмоток 5 и подвижной 6 изменяющей воздушный зазор между ними.

При подсоединении, как указано на схеме, проводов от сварочного трансформатора и реактора к свариваемой детали 7 и электроду 8 посредством токодержателя 9 между ними возникает дуга, плавящая металл.

Как правило, все сварочные трансформаторы контактных машин являются двухобмоточными. Основные конструктивные элементы сварочного трансформатора - магнитопровод, первичная и вторичная обмотки.

Неизбежными элементами конструкции являются крепежные, стяжные и установочные детали, контактные плиты вторичного витка, выводы и отводы от катушек первичной обмотки. Различные конструктивные исполнения сварочного трансформатора в целом и отдельных его узлов обусловливаются не только габаритами в зависимости от мощности и форм преобразуемых параметров, но и другими факторами, из которых необходимо отметить следующие:

Тип и форма магнитопровода и обмоток сварочного трансформатора.
Охлаждение обмоток и класс изоляции.
Число фаз, частота и форма преобразуемых тока и напряжения.
Требования, связанные с ограничением массы и уменьшением сопротивления обмоток.
Общая конструктивная компоновка машины, в которую монтируется сварочный трансформатор.
Серийность однотипных сварочных трансформаторов, изготовляемых специализированными заводами.

С учетом того, что сварочные трансформаторы работают в режиме повторно-кратковременной нагрузки с числом включений до 120 раз в минуту и более при больших токах, к их конструкции еще дополнительно предъявляются повышенные требования в отношении механической прочности.

Наиболее распространенная конструкция сварочного трансформатора:

Магнитопровод сварочного трансформатора броневого типа, обмотки - дисковые чередующиеся. Секционированная первичная обмотка уложена в несколько дисковых катушек. Вторичная, одновитковая обмотка, рассчитанная на большой ток, разбита на отдельные диски, вырезанные из толстолистовой электротехнической меди. Диски соединены между собой параллельно путем впаивания их начал в одну контактную плиту, а концов в другую.

напряжение холостого хода

Вторичный виток охлаждается проточной водой, проходящей по трубкам, напаянным по наружному периметру каждого диска и по каналам в каждой контактной плите.

Катушки первичной обмотки сварочного трансформатора дисковые, изготовлены из изолированного обмоточного провода прямоугольного сечения. К каждой катушке припаиваются выводы, число которых зависит от числа секций обмотки, уложенных в одну катушку. Между собой катушки сварочного трансформатора соединяются медными перемычками.

Катушки охлаждаются путем теплоотдачи дискам вторичного витка. Соединение катушек или их секций с переключателем ступеней осуществляется с помощью отводов из гибкого провода с резиновой изоляцией, с напаянными на оба конца кабельными наконечниками. Магнитопровод сварочного трансформатора набран из пластин электротехнической холоднокатаной стали.

Основные характеристики сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор характеризуется тремя значениями вторичного тока:

I2max – наибольшее значение тока сварочного трансформатора;

I2 – номинальное длительное значение тока сварочного трансформатора;

I2ном – краткосрочное сварочное значение тока сварочного трансформатора;

I2max – ток короткого замыкания.

Сварочный трансформатор должен обеспечить заданный ток при номинальном первичном напряжении.

I2 – номинальный длительный вторичный ток – параметр сварочного трансформатора при его работе в длительном режиме при ПВ=100%.

ПВ – продолжительность включения, величина определяемая как процентное отношение времени работы трансформатора под нагрузкой к общему времени одного цикла сварки.

I2ном – кратковременный реальный рабочий ток, который проходит во вторичном контуре сварочного трансформатора при сварке.

Iном влияет на режимы используемые при сварке данным сварочным трансформатором.

Еще одной важной характеристикой сварочного трансформатора является вторичное напряжение холостого хода — U20 . U20 – номинальное напряжение, которое сварочный трансформатор должен обеспечить в режиме холостого хода, на одной из ступеней, принятой за номинальную.

Структура условного обозначения типов сварочных трансформаторов.

Машина для контактной сварки, одним из узлов которой, является сварочный трансформатор

Структура условного обозначения типов сварочных трансформаторов включает в себя буквенную часть и цифровую.

Буквенная часть, как правило, отражает вид трансформатора, число фаз, род и частоту преобразуемого тока.

Основная цифровая часть обозначает энергетические характеристики трансформатора: или номинальный вторичный ток I2ном в килоамперах и вторичное напряжение холостого хода на номинальной ступени U20ном или только номинальный длительный вторичный ток I2 в килоамперах и регистрационный номер трансформатора, или только наибольший вторичный ток I2max в амперах, или номинальную мощность, соответствующую ПВ=50%.

За основной цифровой частью следует или номер модификации трансформатора, особенности исполнения трансформатора (например, с обмотками, залитыми эпоксидным компаундом,- ЭП, экспортное исполнение - Э, тропическое- Т и т.

д.), или вид климатического исполнения по ГОСТ 15150 -69 и т. д.

Т – трансформатор
С – сухой
3500 – I2max = 3500А

ТВК-75 УХЛ4

Т –трансформатор
В – водяное охлаждение обмоток трансформатора
К – для электрической контактной сварки
75кВА — мощность потребления
УХЛ4 – вид климатического исполнения

Устройства, пропорционально преобразующие переменный ток из одной величины в другую на основе принципов электромагнитной индукции, называют трансформаторами тока (ТТ).

Их широко используют в энергетике и изготавливают разными конструкциями от маленьких моделей, размещаемых на электронных платах до метровых сооружений, устанавливаемых на железобетонные опоры.

Цель проверки — выявление работоспособности ТТ без оценки метрологических характеристик, определяющих класс точности и углового сдвига фаз между первичным и вторичными векторами токов.

Возможные неисправности .

Трансформаторы выполняются автономными устройствами в изолированном корпусе с выводами для подключения к первичному оборудованию и вторичным устройствам. Ниже приведены основные причины неисправностей:

— повреждение изоляции корпуса;
— повреждение магнитопровода;
— повреждение обмоток:
— обрывы;
— ухудшение изоляции проводников, создающее межвитковые замыкания;
— механические износы контактов и выводов.

Методы проверок .

Для оценки состояния ТТ проводится визуальный осмотр и электрические проверки.

Визуальный внешний осмотр . Проводится в первую очередь и позволяет оценить:

— чистоту внешних поверхностей деталей;
— появление сколов на изоляции;
— состояние клеммников и болтовых соединений для подключения обмоток;
— наличие внешних дефектов.

Проверка изоляции .

(эксплуатация ТТ с нарушенной изоляцией не допускается!).

Испытания изоляции . На высоковольтном оборудовании трансформатор тока смонтирован в составе линии нагрузки, входит в нее конструктивно и подвергается совместным высоковольтным испытаниям отходящей линии специалистами службы изоляции.

По результатам испытаний оборудование допускается в эксплуатацию.

Проверка состояния изоляции . К эксплуатации допускаются собранные токовые цепи с величиной изоляции 1 мОм.

Для ее замера используется мегаомметр с выходным напряжением, соответствующим требованиям документации на ТТ. Большинство высоковольтных устройств необходимо проверять прибором с выходным напряжением в 1000 вольт.

Итак, мегаомметром измеряют сопротивление изоляции между:

— корпусом и всеми обмотками;
— каждой обмоткой и всеми остальными.

Работоспособность трансформатора тока можно оценить прямыми и косвенными методами.

Прямой метод проверки

Это, пожалуй наиболее проверенный способ, который по другому называют проверкой схемы под нагрузкой.

Используется штатная цепь включения ТТ в цепи первичного и вторичного оборудования или собирается новая цепь проверки, при которой ток от (0,2 до 1,0) номинальной величины пропускается по первичной обмотке трансформатора и замеряется во вторичной.

Численное выражение первичного тока делится на замеренный ток во вторичной обмотке.

Полученное выражение определяет коэффициент трансформации, сравнивается с паспортными данными, что позволяет судить об исправности оборудования.

В разомкнутой вторичной обмотке (при токе в первичной) возникает высокое напряжение в несколько киловольт, опасное для человека и оборудования.

Магнитопроводы многих высоковольтных трансформаторов нуждаются в заземлении.

Для этого в их клеммной коробке оборудуется специальный зажим с маркировкой буквой “З”.

На практике часто есть ограничения по проверке ТТ под нагрузкой, связанные с условиями эксплуатации и безопасности.

Поэтому используются другие способы.

2. Косвенные методы

Каждый из способов предоставляет часть информации о состоянии ТТ. Поэтому следует применять их в комплексе.

Определение достоверности маркировки выводов обмоток . Целостность обмоток и их вывода определяются “прозвонкой” (замером омических активных сопротивлений) с проверкой или нанесением маркировки.

Выявление начал и концов обмоток осуществляется способом, позволяющим определить полярность.

Определение полярности выводов обмоток . Вначале ко вторичной обмотке ТТ подсоединяется миллиамперметр или вольтметр магнитоэлектрической системы с определенной полярностью на выводах.

Допускается использовать прибор с нулем в начале шкалы, однако, рекомендкеься посередине.

Все остальные вторичные обмотки из соображений безопасности шунтируются.

К первичной обмотке подключается источник постоянного тока с ограничивающим его ток разряда сопротивлением.

Напряжение холостого хода сварочного инвертора

Обыкновенной батарейки от карманного фонарика с лампочкой накаливания вполне достаточно. Вместо установки выключателя можно просто дотронуться проводом от лампочки до первичной обмотки ТТ и затем отвести его.

При включении выключателя в первичной обмотке формируется импульс тока соответствующей полярности.

Действует закон самоиндукции. При совпадении направления навивки в обмотках стрелка движется вправо и возвращается назад. Если прибор подключен с обратной полярностью, то стрелка будет двигаться влево.

При отключении выключателя у однополярных обмоток стрелка двигается импульсом влево, а в противном случае – вправо.

Аналогичным способом проверяется полярность подключения других обмоток.

Снятие характеристики намагничивания .

Зависимость напряжения на контактах вторичных обмоток от проходящего по ним тока намагничивания называют вольтамперной характеристикой (ВАХ). Она свидетельствует о работе обмотки и магнитопровода ТТ, позволяет оценить их исправность.

С целью исключения влияния помех со стороны силового оборудования ВАХ снимают при разомкнутой цепи у первичной обмотки.

Для проверки характеристики требуется пропускать переменный ток различной величины через обмотку и замерять напряжение на ее входе.

Это можно делать любым проверочным стендом с выходной мощностью, позволяющей нагружать обмотку до насыщения магнитопровода ТТ при котором кривая насыщения переходит в горизонтальное направление.

Данные замеров заносят в таблицу протокола.

По ним методом аппроксимации вычерчивают графики.

Перед началом замеров и после них необходимо обязательно проводить размагничивание магнитопровода путем нескольких плавных увеличений токов в обмотке с последующим снижением до нуля.

Для замеров токов и напряжений следует пользоваться приборами электродинамической или электромагнитной систем, воспринимающих действующие значения тока и напряжения.

Появление в обмотке короткозамкнутых витков уменьшает величину выходного напряжения в обмотке и снижает крутизну ВАХ.

Поэтому, при первом использовании исправного трансформатора делают замеры и строят график, а при дальнейших проверках через определенное время контролируют состояние выходных параметров.

Учет электроэнергии

Рассмотрим подробнее сварочный трансформатор: устройство и принцип действия. Регулировка тока в сварочном трансформаторе (далее – СТ) осуществляется по двум основным схемам:

В первом случае, применяется трансформатор с нормальным рассеянием магнитного поля , которое осуществляется совмещённым или отдельным дросселем. Непосредственно сама регулировка сварочного тока производится изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя;
Во втором случае, регулировка гаджета осуществляется за счет управления рассеянием магнитного поля . Этот процесс может осуществляться следующими методами:

изменением размеров воздушного промежутка между первичной и вторичной обмотками;
согласованным изменением числа витков первичной и вторичной обмоток;
применением подмагничиваемого шунта. Он изменяет магнитную проницаемость между стержнями магнитопровода, чем и осуществляется регулировка сварочного тока.

Конструкция и органы управления однопостовым сварочным трансформатором с подвижными обмотками (т. е. работающим по первой схеме) приведены на рисунке.

Магнитопровод с катушками и механизмами помещается в защитный кожух, который имеет жалюзи для охлаждения. Регулировка величины сварочного тока в таком СТ осуществляется с помощью подвижной обмотки, которая перемещается посредством ходовой гайки и вертикального винта с ленточной резьбой. В движение последний приводится при помощи рукоятки.

Сварочные провода подключаются к специальным зажимам. СТ представляет собой массивную конструкцию (очень тяжёлый сердечник). Поэтому, для погрузо-разгрузочных работ, он оснащён рым-болтом, а для перемещения по рабочему объекту – транспортной тележкой и ручкой.

Принцип действия

Чтобы понять принцип работы СТ, давайте, хотя бы в самых общих чертах, рассмотрим физические процессы, происходящие в однофазном двухобмоточном трансформаторе. Для иллюстрации этих процессов воспользуемся рисунком.

Электромагнитная схема такого трансформатора состоит из двух обмоток (первичная и вторичная), размещенных на замкнутом магнитопроводе. Последний выполнен из ферромагнитного материала, что позволяет усилить электромагнитную связь между этими обмотками. Происходит это за счёт уменьшения магнитного сопротивления контура (замкнутой цепи), по которому проходит магнитный поток трансформатора (Ф).

Первичную обмотку подключают к источнику переменного тока, вторичную – к нагрузке. При подключении к источнику электропитания, в первичной обмотке появляется переменный ток i1. Этот электрический ток создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные электродвижущие силы (далее – ЭДС): е1 и е2.

Эти ЭДС, согласно закону Максвелла, пропорциональны числам витков N1 и N2 соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt. Если пренебречь падением напряжения в обмотках трансформатора (они обычно не превышают 3…5 % от номинальных значений U1 и U2), то можно считать: e1≈U1 и e2≈U2. Тогда, путём несложных математических преобразований, можно получить связь между напряжениями и количеством витков обмоток: U1/U2 = N1/N2.

Таким образом, подбирая числа витков обмоток (при заданном напряжении U1) можно получить желаемое напряжение U2:

при необходимости повысить вторичное напряжение — число витков N2 берут больше числа N1. Такой трансформатор называют повышающим;
при необходимости уменьшить напряжение U2 — число витков N2 берут меньшим N1. Такой трансформатор называют понижающим.

Теперь мы можем, непосредственно, рассмотреть принцип действия СТ. Как сказано выше, он заключается в преобразовании входного напряжения (220В или 380В) в более низкое, которое в режиме холостого хода равно примерно 60В. Когда мы рассматриваем сварочный трансформатор, принцип работы будет очевиден после знакомства с компоновкой и функциональной схемой СТ.

Компоновка узлов СТ (в качестве примера предлагается агрегат серии «ТДМ») представлена на рисунке.

Пояснения к схематическому изображению сварочного трансформатора:

1 — первичная обмотка трансформатора. Выполнена из изолированного провода;
2 — вторичная обмотка не изолирована («голая» проволока) для улучшения теплопередачи. Кроме того, для улучшения охлаждения имеются воздушные каналы;
3 — подвижная часть магнитопровода;
4 — система подвеса трансформатора внутри корпуса агрегата;
5 — механизм управления воздушным зазором;
6 — ходовой винт. Основной элемент управления воздушным зазором;
7 — рукоятка привода ходового винта.

Функциональная схема такого СТ представлена на рисунке.

Трансформатор состоит из:

магнитопровода с зазором б;
первичной обмотки I;
вторичной обмотки II;
обмотки реактивной катушки IIк.

Регулировка величины сварочного тока осуществляется изменением величины зазора в магнитопроводе. Размер зазора влияет на изменение магнитного сопротивления контура и, соответственно, величину магнитного потока, который и создаёт в обмотках электрический ток:

при необходимости уменьшить величину сварочного тока — величину зазора увеличивают;
при необходимости увеличить величину сварочного тока — величину зазора уменьшают.

Полезное видео

Посмотрите небольшой обучающий ролик об устройстве и принципе действия трансформатора:

Магнитопровод

Магнитопровод – это центральная часть конструкции СТ. Он является сердечником понижающего трансформатора и играет основную роль в формировании сварочного тока. По нему протекает магнитный поток, который индуцирует (создаёт) электрическое напряжение на всех обмотках.

Магнитопровод сварочного трансформатора представляет собой пакет пластин из трансформаторной стали. Вызвано это тем, что под воздействием магнитного потока в нём наводятся вихревые замкнутые электрические токи (в честь французского физика, их открывшего, названы: токи Фуко). В соответствии с правилом Ленца, магнитное поле этих токов стремиться уменьшить индукцию поля его создавшего, т. е. полезного. В результате:

уменьшается КПД СТ;
токи Фуко нагревают материал сердечника.

Для уменьшения этого влияния принимаются меры по уменьшению этих токов. Поэтому, как было сказано выше, магнитопровод и представляет собой пакет пластин. Поверхности пластины имеют хорошую электроизоляцию (они имеют оксидное изоляционное покрытие) и, кроме этого, часто дополнительно покрываются электроизолирующим лаком. Благодаря этому, они не представляют собой сплошной проводник, что существенно уменьшает величину токов Фуко.

Пластины между собой стягиваются шпильками в плотный пакет. Если этого не сделать (или стянуть неплотно), то они вибрируют с частотой колебаний тока в источнике питания: 50 Гц. В результате, СТ «гудит» с такой частотой.

Ограничитель холостого хода

Ограничитель напряжения холостого хода СТ применяется, в соответствии со своим наименованием, для автоматического ограничения этого параметра. Он уменьшает индуцированную при размыкании вторичной обмотки ЭДС до безопасного значения не позже, чем через одну секунду после разрыва сварочной цепи. На картинке изображена популярная модель ограничителя напряжения холостого хода однофазных сварочных трансформаторов «ОНТ-1».

Принцип действия ограничителя следующий. Мы уже знаем, что в случае разрыва сварочной цепи, резко изменяется величина магнитного потока в магнитопроводе. Это, в свою очередь, приводит к резком скачку ЭДС самоиндукции. Резкий рост величины электрического напряжения может стать причиной аварии СТ или поражения током сварщика. Ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора уменьшает эту ЭДС до безопасного значения — не более 12 В.

Метки:

Опасным в электросети считается напряжении свыше 36 вольт. Вторичное напряжение холостого хода сварочных трансформаторов достигает 80 вольт и при проведении электросварочных работ сварщик может получить электротравму а в сырых помещениях и с летальным исходом.

Вторичное напряжение холостого хода в процессе сварки снижается по крутопадающей нагрузочной характеристике.
Использование средств первичной защиты при производстве сварочных работ, в виде резиновых перчаток и бот создают дополнительные неудобства и не всегда защищают от поражения электротоком.

Применение сварочных аппаратов с низким напряжением вторичной цепи приведёт к неустойчивому зажиганию сварочной дуги, длительность времени зажигания не менее 20 мсек - не ниже времени соприкосновения сварочного электрода с изделием. Практически все заводские сварочные трансформаторы имеют напряжение холостого хода в пределах 80 вольт и рабочее напряжение в 36-46 вольт переменного тока при максимальном токе сварочной дуги.
Использование стационарных устройств по снижению напряжения холостого хода сварочных аппаратов в переносном варианте невозможно по ряду причин: большие габариты и вес, обязательное вторичное заземление, сбои в работе от нечёткого включения при применении релейной коммутации.

Цели устройства:
Снизить вторичное напряжение сварочного аппарата возможно простыми методами:
1. Установить в первичную цепь резистор – реостат с плавной регулировкой сопротивления. Недостаток такого устройства – большие габариты и потери электроэнергии на нагрев сопротивления, невозможность автоматически поддерживать напряжение вторичной цепи в заданных приделах.
2. Избавиться от тепловых потерь можно вторым методом - питанием первичной обмотки через разделительный конденсатор, недостаток такого включения состоит в том, что при определённых условиях создаётся резонанс напряжений и их почти двукратный рост на конденсаторе и обмотках трансформатора.
Это может привести к выходу из строя этих элементов и даже возгоранию.
3.Третий способ снижения напряжения холостого хода прост по реализации, но требует дополнительных затрат на выполнение схемы ограничения холостого хода сварочного аппарата, позволяет поддерживать вторичное напряжение на безопасном уровне сколько угодно длительное время, автоматически, почти мгновенно, зажигает дугу при любом состоянии поверхности свариваемого металла.

Характеристики устройства :
Напряжение электросети -220/380 В.
Мощность сварочного аппарата - не ограничена.
Сварочный ток - не ограничен.
Напряжение холостого хода сварочной цепи - 16-36 Вольт переменного тока.
Напряжение зажигания сварочной дуги -80 -120 вольт.
Время зажигания сварочной дуги 8-16 мсек.
Частота сети 50 Гц.
Экономия электроэнергии при ПВ 30% до 62 %.
Регулировка тока 36%.

Цели использования устройства :
1) защита персонала при производстве сварочных работах в опасных промышленных и бытовых условиях
2) снижение напряжения сварочной цепи до допустимых пределов
3) ограничение загрузки электросети токами холостого хода
4) понижение температуры сварочного трансформатора при работе
5) улучшение качества сварки за счёт возможного регулирования сварочного тока и устойчивого зажигания дуги
6) экономия электроэнергии расходуемой агрегатом на холостой ход.

Принцип работы устройства заключается в предварительном ограничении напряжения холостого хода сварочной цепи, автоматического, устойчивого, зажигания сварочной дуги, путём кратковременной подачи повышенного напряжения в сварочную цепь и поддержание сварочного тока в установленных приделах.

Схема устройства ограничения холостого хода сварочного аппарата состоит из бюджетного силового сварочного трансформатора Т 3 (Рис.1) с цепями защиты FU1 и коммутации SA1 первичной цепи и элементов вторичной цепи – диодного моста VD 7, дросселя L 1 и конденсатора фильтра C7.
В разрыв первичной цепи сварочного трансформатора включен мощный симистор VS1 с цепями защиты от помех С6, R15.

Во вторичной цепи сварочного трансформатора Т3 установлен трансформатор тока Т2 для снятия сигнала обратной связи, необходимого для запуска схемы и регулировки сварочного тока.
Для гальванического развязки схемы блока управления от опасного воздействия электросети, питание электронной схемы выполнено через силовой трансформатор Т1, а управление симистором VS1 происходит через динисторную оптопару DA2 включенную в коллекторную цепь усилителя на транзисторе VT2. Светодиодный индикатор HL1 указывает на рабочее состояние устройства.

Программируемый аналоговый таймер на микросхеме DA1 позволяет установить необходимые режимы работы устройства по времени.
Входной усилитель сигнала обратной связи на транзисторе VT1 позволяет предварительно усилить слабый сигнал до уровня достаточного для переключения таймера в рабочий режим, с отработкой функций - ограничения напряжения холостого хода, импульсного зажигания сварочной электродуги и установки рабочего тока в зависимости от сечения сварочного электрода.

При прохождении сварочного тока на обмотке (1) трансформатора тока Т2 возникает небольшое напряжение, которое после выпрямления диодным мостом VD4 сглаживается конденсатором С4 и стабилизируется на уровне трёх вольт стабилизатором VD3. C установочного резистора R7 через обратный диод VD2 напряжение обратной связи поступает на вход предварительного усилителя на транзисторе VT1. Коэффициент усиления зависит от свойств транзистора и номиналов резисторов R1,R2,R3. Начальное напряжение на коллекторе величиной в 2/3 Uп запрещает запуск таймера DA1, а при наличии входного сигнала обратной связи транзистор VT1 мгновенно переключается и напряжение на коллекторе снижается до 1/3 Uп, что создаёт условия для запуска таймера. Конденсатор С2 улучшает условия переключения и задерживает отключение на доли секунды при разрыве сварочного электрода, защищая от потери дуги.

Низкий уровень на входе 2DA1 нижнего компаратора таймера находящегося в состоянии ждущего мультивибратора разрешает его работу и на выходе (3) появляется высокий уровень.
Ждущий мультивибратор на таймере начинает генерировать на выходе импульс прямоугольного напряжения длительностью Т1=1,1 (R4+R5) C1, по окончанию этого процесса и по достижению напряжения на конденсаторе величины 2/3U срабатывает верхний компаратор по входу (6) DA1, выход микросхемы переключается в нулевое состояние, внутренний транзистор таймера откроется и разрядит конденсатор С1 со временем Т2= С1R6. При наличии сигнала обратной связи процесс генерирования прямоугольных импульсов продолжится.

Питание микросхемы и предварительного усилителя выполнено от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1 и ограничительном резисторе R8.
Импульсы положительной полярности через резистор R9 с выхода 3 DA1 таймера поступают на базу VT2 усилителя на транзисторе, а резисторами R7 устанавливается напряжение холостого хода вторичной обмотки сварочного трансформатора.
Транзистор VT2 с частотой определённой параметрами внешних элементов таймера DA1 через оптопару DA2 открывает симистор VS1 в обеих полярностях переменного тока сети.

Радиодетали в схеме установлены заводского исполнения: резисторы МЛТ -0,125 или С-29 -0,12, резистор R16 мощностью не менее двух ватт. Конденсаторы типа КМ и К50. Транзисторы обратной проводимости с коэффициентом усиления не менее В -100 типа КТ315 и КТ815Б соответственно со схемой. Вместо таймера DA1 можно установить аналог серии 555 или 7555.

Тип применяемого симистора зависит от сварочного трансформатора. Трансформатор тока Т2 типа ТК 20 -100 / 5.
Трансформатор питания Т1 - ТПП -112 на напряжение 8-10 вольт и ток не менее 100 мА, мощностью 8-15 ватт.
Плата устройства ограничения холостого хода сварочного трансформатора установлена в корпусе соответствующего размера, отдельно размещен трансформатор тока Т2, возможен вариант установки устройства вне корпуса сварочного аппарата.

Наладку устройства начинают с контроля напряжения на резисторе R8. Верхний вывод резистора R7 предварительно от схемы отключить. Резистором R5 при временно замкнутых выводах 2,6 DA1 установить вторичное напряжение сварочного трансформатора не ниже 16 вольт и не выше 36 вольт в зависимости от условий эксплуатации. Далее замкнув сварочную цепь электродом диаметром 3 мм установить резистором R7 момент переключения таймера DA1 по повышению яркости контрольного светодиода HL1 и по появлению полного напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т3. Резистором R4 выполняется регулирование сварочного тока в небольших пределах. Схема устройства выполнена на плате размерами 140 * 35 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Литература:
1.С.Замковой. Ограничитель напряжения сварочного трансформатора. "Радио" №8,1984 г. стр.55-56.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
DA1	Программируемый таймер и осциллятор	NE555	1	КР1006ВИ11	В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	КТ3102Б	1		В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	КТ972А	1		В блокнот
VD1	Стабилитрон	КС210Б	1		В блокнот
VD2	Стабилитрон	КС512Б	1		В блокнот
VD3	Стабилитрон	КС133А	1		В блокнот
VD4-VD6	Диодный мост	КЦ407А	3		В блокнот
VD7	Диод	Д160	4		В блокнот
VS1	Тиристор & Симистор	ТС132-40-12	1		В блокнот
DA2	Оптопара	АОУ103В	1		В блокнот
С1, С3	Конденсатор	0.01 мкФ	2		В блокнот
С2		1 мкФ	1		В блокнот
С4	Электролитический конденсатор	10 мкФ	1		В блокнот
С5	Электролитический конденсатор	470 мкФ 50 В	1		В блокнот
С6	Конденсатор	1 мкФ 600 В	1		В блокнот
С7	Электролитический конденсатор	10000 мкФ 100 В	1		В блокнот
С7	Конденсатор	0.1 мкФ 600 В	1		В блокнот
R1	Резистор	16 кОм	1		В блокнот
R2	Резистор	1 МОм	1		В блокнот
R3	Резистор	1.2 кОм	1		В блокнот
R4	Резистор	3.6 кОм	1		В блокнот
R5	Переменный резистор	220 кОм	1		В блокнот
R6	Резистор	120 Ом	1		В блокнот
R7	Подстроечный резистор	3.3 кОм	1		В блокнот
R8	Резистор	910 Ом	1		В блокнот
R9	Резистор	560 Ом	1		В блокнот
R10	Резистор	470 кОм	1		В блокнот
R11	Подстроечный резистор	510 кОм	1