Ел. звар. Обладнання 5мсту Урок№4 Тема:Технічні характеристики трансформаторів 29.10.21

 Опрацювати тему, зробити конспект, переглянути відіо

Зварювальні трансформатори прості по пристрою, відрізняються малими розмірами і вагою, мають високий к. П. Д. Зварювальні трансформатори витрачають електроенергії майже в 2 рази менше в порівнянні з агрегатами постійного струму. К. п. Д. Зварювальних трансформаторів досягає 85-90%.

Для отримання падаючої характеристики на електродах дуги включають послідовно з дугою в зварювальну ланцюг необхідний опір. З економічних міркувань це опір повинно бути чисто індуктивним, з мінімальною активної складової. Індуктивність вторинної ланцюга трансформатора можна збільшити включенням послідовно з дугою індуктивного опору дросельної котушки, відокремленої від трансформатора або об'єднаної з ним. Існують конструкції трансформаторів, індуктивність вторинної ланцюга яких забезпечує необхідну падаючу характеристику.

Таким чином, можна виділити чотири наступні основні системи зварювальних трансформаторів:

1) з окремою дросельної котушкою у вторинному ланцюзі;

2) з дросельної котушкою у вторинному ланцюзі, конструктивно об'єднаної в одне ціле з трансформатором;

3) зі збільшеною індуктивністю без дросельної котушки;

4) з рухомою обмоткою; при збільшенні відстані між первинною і вторинної обмотками трансформатора зварювальний струм знижується, при зменшенні відстані - підвищується.



Мал. 1. Схеми зварювальних трансформаторів



Мал. 2. Зварювальний трансформатор СТЕ

 Можливі, звичайно, і інші способи регулювання трансформаторів, наприклад шляхом секціонування обмотки і включення різного числа витків. Вілоізменяя основні схеми і об'єднуючи елементи окремих схем, утворюють безліч можливих систем і конструкцій зварювальних трансформаторів. Зварювальні трансформатори виготовляють зазвичай однофазними, сухими, з природним повітряним охолодженням.



  Мал. 3. Схема пристрою регулятора РСТЕ

Прикладом трансформатора з окремою дросельної котушкою можуть служити трансформатори конструкції заводу «Електрик» типу СТЕ . Комплектний зварювальний апарат складається з трансформатора СТЕ і дросельної котушки або регулятора РСТЕ , Що включається у вторинну ланцюг послідовно з дугою. магнитопровод дросельної котушки зроблений роз'ємним. Рухомий сердечник муздрамтеатру може переміщатися обертанням рукоятки регулятора. Переміщення рухомого осердя змінює повітряний зазор магнітопроводу і тим самим індуктивний опір дроселя, а отже, і зварювальний струм, так як змінюється характеристика, віднесена до електродів дуги. Величини повітряного зазору і зварювального струму контролюють за шкалою покажчика, скріпленого з рухомою частиною муздрамтеатру. У першому наближенні можна прийняти, що зварювальний струм змінюється прямо пропорційно величині повітряного зазору муздрамтеатру дросельної котушки.



Мал. 4. Регулятор РСТЕ

Трансформатори СТЕ бувають декількох типів, що відрізняються лише потужністю, і розраховані на зварювальний струм 230-500 а для ПР 60%. невеликі вага і габаритні розміри роблять зварювальні трансформатори досить портативними. Трансформатор і дросель переміщаються на роликах і забезпечені ручками. В даний час трансформатори замінені більш досконалими конструкціями, але слід зауважити, що протягом приблизно 30 років ці трансформатори були основними джерелами живлення при ручного дугового зварювання.

Вторинна напруга трансформаторів для ручного дугового зварювання з окремою дросельної котушкою становить 60-65 ст. Підвищення вторинного напруги зварювального трансформатора полегшує запалювання дуги і робить її більш стійкою. З іншого боку, підвищення вторинного напруги збільшує розміри, вага і вартість трансформатора і дросельної котушки, зростає небезпека ураження зварника струмом. Зниження ж напруги погіршує запалювання дуги і робить її менш стійкою. Напруга 60-65 в, обраний на підставі багаторічної практики, найбільш прийнятно для більшості випадків.

Дугове зварювання, особливо ручна, створює переривчасту навантаження для джерела струму; за горінням дуги слідують перерви для зміни електродів, зачистки швів і т. д. Таким режимом навантаження визначається максимальний струм, який може бути отриманий без перегріву обмоток джерела. Режим визначається коефіцієнтом ПР - переривчастої роботи, що є відношенням робочого періоду до тривалості повного циклу роботи, який не повинен перевищувати 5 хв. ПР 100% означає горіння дуги без перерв. ПР 60% показує, що в п'ятихвилинній циклі дуга горить 3 хв, а перерви в горінні займають 2 хв. Чим менше ПР, тим більше максимально допустима сила струму.

Прикладом зварювальних трансформаторів, конструктивно об'єднаних в одне ціле з дросельної котушкою, можуть служити трансформатори СТН , Запропоновані акад. В. П. Нікітіним ще в 1925 р Трансформатори  СТН для ручного й автоматичного зварювання були розраховані на зварювальні струми до 2000 а. В даний час виробництво цих трансформаторів припинено.

Сучасні трансформатори зі збільшеним внутрішнім магнітним розсіюванням без дросельних котушок мають пакети розсіювання, набрані з трансформаторної сталі, або рухомі обмотки трансформатора. Переміщаючи пакети розсіювання, змінюють потоки розсіювання в трансформаторі. З збільшенням потоків розсіювання зварювальний струм зменшується, із зменшенням - зростає. У трансформаторах з рухомими обмотками, зменшуючи відстань між первинною і вторинною обмотками, збільшують зварювальний струм, і навпаки.



Мал. 5. Зварювальний трансформатор СТШ -500.



Мал. 6. Зварювальний трансформатор ТД-500

Найбільш поширені трансформатори для ручного дугового зварювання на номінальні зварювальні струми 300 і 500 а. Прикладом сучасного трансформатора може служити трансформатор СТШ -500 Розроблений Інститутом електрозварювання ім. Е. О. Патона (рис. 4). Його номінальний зварювальний струм 500 а при ПР 60%, вторинна напруга холостого ходу 60 в, вага 220 кг. Плавне регулювання зварювального струму здійснюється за допомогою двох рухомих магнітних шунтів. Трансформатор має високу надійність в роботі.

Аналогічний трансформатор ТД-500 (рис. 6), розроблений у внііесо, має два діапазони регулювання зварювального струму: 85-240 і 240-700 а. Номінальний зварювальний струм 500 а при ПР 60%; вторинна напруга холостого ходу 76 в Для менших і 60 в для великих струмів; вага 210 кг. Дещо менший за потужності трансформатор ТД-300 розрахований на номінальний зварювальний струм 300 а при ПР 60% з межами регулювання 60400 а і двома робочими діапазонами з напругою 61 і 79 в; вага 137 кг. Відстань між первинною і вторинною обмотками трансформаторів ТД-500 і ТД-300 регулюють обертанням рукоятки на корпусі. Зазначені трансформатори досить компактні і транспортабельні, при наявності роликів легко переміщуються в заводських цехах.



Мал. 7. Зварювальний трансформатор ТСП -2.



Мал. 8. Конструкція зварювального трансформатора ТСП -2.

У деяких випадках необхідні не тільки пересувні, а й переносні зварювальні трансформатори. За рахунок економного конструювання, застосування кращих матеріалів і ізоляції, що допускає більш високий нагрів, вдалося створити легкі переносні зварювальні трансформатори для будівельних, монтажних, ремонтних і тому подібних робіт. Такий трансформатор ТСП -2 Розроблений ВНІІЕСО , Показаний на рис. 7. Він розрахований на переривчасту роботу з ПР 20% і номінальний зварювальний струм 300 а; напруга холостого ходу 62 в.

На рис. 8 показано пристрій для розсування обмоток (як у трансформаторів ТД). Вага трансформатора ТСП -2 Всього 65 кг. Існують ще більш легкі переносні трансформатори. Наприклад, трансформатор ВНІІЕСО ТДП -1 (Номінальний зварювальний струм 160 а ПР 20%) важить всього 38 кг, а трансформатор СТШ -250 Розроблений Інститутом електрозварювання ім. Е. О. Патона (рис. 9), з номінальним зварювальним струмом 250 а при ПР 20%, з напругою холостого ходу 60 в важить 40 кг. Крім розглянутих трансформаторів для ручного дугового зварювання, виготовляється велика кількість зварювальних трансформаторів спеціальних типів для автоматичного дугового зварювання, дугового зварювання в захисних газах, електрошлакового зварювання і т. Д. Про деякі спеціальних трансформаторох буде згадано далі, при розгляді відповідних видів зварювання.

Істотним недоліком зварювальних трансформаторів є низький коефіцієнт потужності cos <р. Этот недостаток вызывается самим принципом устройства сварочного трансформатора, в котором падающая характеристика создается высокой индуктивностью цепи. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов берется не менее 60—65 в, а напряжение сварочной дуги обычно не превышает 20—30 в.



Мал. 9. Зварювальний трансформатор СТШ -250.



Мал. 10. Схема поліпшення cos ф зварювального трансформатора

Коефіцієнт потужності може бути поліпшений включенням в мережу, що живить зварювальні трансформатори, ємнісний навантаження з випереджаючим кутом ф, для чого найзручніше паралельно до затискачів первинної обмотки кожного окремого зварювального трансформатора приєднувати конденсатор (рис. 10). Для кожного трансформатора при ручному зварюванні зазвичай досить невеликого конденсатора, який може бути вбудований в кожух трансформатора.

-.

Спільні вимоги до трансформаторів: напруга холостого ходу не повинна перевищувати 80 В, регулювання струму повинно здійснюватися по можливості плавно.



Мал. 11. Електрична схема зварювального трансформатора типу СТЕ :. /, //,. III - Первинна, вторинна і реактивна обмотки; Л - рухомий пакет сердечника дроселя, S - повітряний зазор в осерді



Мал. 12. Електрична схема сва-1 Рочной трансформатора типу СТН :. I, II, III- первинна, вторинна і ре-1 активна обмотки; П - рухомий пакет сердечника дроселя, S - повітряний зазор в осерді

У Радянському Союзі застосовуються зварювальні трансформатори двох груп: I - з нормальним магнітним розсіюванням і реактивної котушкою (дроселем); реактивна котушка може розташовуватися на окремому муздрамтеатрі (трансформатори типу СТЕ -зварювальні трансформатор заводу «Електрик») або на загальному магнітопроводі (трансформатори типу СТН - зварювальний трансформатор В. П. Нікітіна); І -з збільшеним магнітним розсіюванням (трансформатори типів ТС - трансформатор зварювальний, ТСК . - З конденсатором, ТД- трансформатор дугового, СТАН  - Зварювальний трансформатор Академії наук і СТШ - Зварювальний трансформа тор шунтовой).

Технічні дані трансформаторів для ручного зварювання при. водяться в табл. 50. Електричні принципові схеми транс, форматорів дані на рис. 12-14. Прилади, що створюють падаю, щую вольт-амперну характеристику трансформатора, обеспечи. ють стійке горіння дуги і регулювання зварювального струму Ці пристрої являють собою дросель, магнітний шунт і механізм переміщення вторинної обмотки.



Мал. 13. Електричні схеми зварювальних трансформаторів СТАН (А) і СТШ (Б):



Мал. 14. Електрична схема трансформатора типу  ТСК :.

Створення падаючої вольт-амперної характеристики. Для запалювання дуги потрібна підвищена напруга в порівнянні з напругою дуги. У вторинній обмотці зварювального трансформатора індукує постійна електрорушійна сила. Вона дорівнює напрузі на затискачах зварювального кола.

При навантаженні струм вторинної обмотки створює магнітний потік в сердечнику дроселя (або трансформатора). Цей магнітний, потік індукує е. д. з. самоіндукції або реактивну е. д. з. розсіювання. В обох випадках це призводить до утворення індуктивного опору в зварювального ланцюга і падіння напруги на дузі, т. Е. До створення падаючої характеристики. Розподіл е. д. з. джерела живлення в ланцюзі показано на рис. 15 поліпшення стійкості горіння дуги. У процесі переходу краплі електродного металу на виріб відбувається коротке замикання.

Другий спосіб пов'язаний із застосуванням електродних покриттів, які мають особливі технологічні властивості. Такі покриття ще не розроблені. При роботі на зварювальних токах понад 250 А напруга холостого ходу може бути знижено і, отже, підвищена стійкість дуги.

Час перерви можна зменшити застосуванням струму підвищеної частоти. Цей спосіб іноді застосовується в зварювальної практиці. У цьому випадку користуються перетворювачами з генераторами підвищеної частоти, наприклад, типу ПС-100-1 з частотою струму 480 Гц. Час перерви зменшиться у стільки разів, у скільки разів збільшиться частота струму і горіння дуги стає стійким.

Зварювальний дуга, що горить на змінному струмі зі значною індуктивністю в ланцюзі, не має перерв, так як е. д. з. самоіндукції підтримує її горіння. Для того щоб величина е. д. з. самоіндукції була достатньою для підтримки горіння дуги в момент зниження напруги джерела, необхідний певний кут зсуву фаз ф між струмом і напругою. Сталий горіння дуги на будь-яких зварювальних токах забезпечується при cos ф = 035-06.

Регулювання зварювального струму. Зміна величини зварювального струму можна виробляти наступними способами: - зміною величини вторинного напруги холостого ходу трансформатора секціонуванням числа витків первинної або вторинної обмоток;



Мал. 15. Схема утворення зовнішньої характеристики: 1 - напруга у вторинній обмотці зварювального трансформатора, 2 - падаюча характеристика джерела живлення, 3 - статична характеристика дуги, 4 - точка стійкого горіння дуги
U, U3 ід - напруга джерела, запалювання, дуги; t - час; I - сила струму, Т - час повного періоду синусоїдальноїнапруги джерела; -час обриву дуги



Мал. 18. Криві зміни напруги і струму дуги при активному опорі в ланцюзі:
U, U3 Од - напруга джерела, запалювання, дуги; (I - сила струму. Т - тягар повного періоду синусоїдальноїнапруги джерела, Ф - кут зсуву фаз між напругою джерела і струмом .......  Мал. 19. Криві зміни напруги і струму дуги при введенні індуктивного опору в Ланцюг:

Перший спосіб застосовується лише як додатковий, наприклад, для отримання двох діапазонів струму, а також в трансформаторах з жорсткою вольт-амперної характеристикою. Найбільш широко застосовується другий спосіб - зміна індуктивного опору. Цей спосіб дає можливість плавно регулювати величину зварювального струму.

У трансформаторах типу СТЕ і СТН регулювання струму здійснюється зміною повітряного зазору в магнітопроводі дроселя. При обертанні регулювальної ручки дроселя за годинниковою стрілкою повітряний зазор збільшується, магнітний потік зменшується, індуктивний опір стає менше і струм збільшується.

Обертанням рукоятки дроселя проти годинникової стрілки досягається зменшення зазору, збільшення індуктивного опору і зменшення струму.

У трансформаторі типу СТАН ступеневу регулювання про переводиться зміною числа витків реактивної частини вторинної обмотки, а плавне регулювання - переміщенням магнітного шунта. При висуванні магнітного шунта з сердечника магнітний потік розсіювання трансформатора і індуктивне опір зменшуються, внаслідок чого зварювальний струм зростає. У трансформаторах типу СТШ магнітний шунт конструктивно виконаний з двох половин, що розходяться в протилежні сторони. Коли шунт повністю вдвинут в сердечник, магнітний потік розсіювання і реактивна е. д. з. розсіювання максимальні, а зварювальний струм мінімальний. У трансформаторах з рухомими обмотками (типу ТД, ТСК Або ТС) плавне регулювання проводиться переміщенням вторинної обмотки. При збільшенні відстані між обмотками потік розсіювання збільшується, індуктивний опір зростає, а струм знижується.

Конструкції зварювальних трансформаторів. Широко використовуються полегшені зварювальні трансформатори (переносні), які призначені для робіт на будівельних і монтажних майданчиках. Ці трансформатори розраховані на виконання коротких швів і прихваток, т. Е. Для роботи при ПР = 20% До таких трансформаторів відносяться ТСП -1 - На зварювальний струм 105145160 і 180 А, маса його 37 кг; ТСП -2 І ТСП -2у2 -на Ток від 90 до 300 А, маса 65 кг; СТШ -250 -на Ток від 70 до 250 А, маса 44 кг; ТДП -1-На струм від 55 до 175 А, маса 38 кг. Невелика маса цих трансформаторів досягнута За рахунок застосування для сердечників стали з високою магнітною проникністю, особливої ізоляції обмоток і зниження (до 20%) ПР.

Для монтажних робіт випускається також трансформатор ТД-304 розрахований на ПР = 50%, струми від 60 до 385 А, з рухомою вторинною обмоткою. Трансформатор має обмотки з теплостійкою й вологостійкої ізоляцією і може комплектуватися приставкою РТД -2 Для дистанційного регулювання зварювального струму. Маса трансформатора (встановлений на санчата) - 137 кг.

Промисловістю випускаються побутові зварювальні апарати АДЗ -101 І ТД-101 призначені для ручного дугового зварювання сталі товщиною до 2 мм покритими електродами марки ОЗС -9 Діаметром 2 мм з підвищеними іонізуючими властивостями. Первинний струм -15 А, номінальний зварювальний струм - 50 А, споживана потужність - 185 кВт, маса апарату - 20 кг.

Осцилятори призначені для полегшення запалювання і стабілізації дуги змінного струму при зварюванні неплавким-ся (вольфрамовим) електродом і електродом з низькими іонізуючими властивостями. Цей прилад створює змінний струм високої частоти 250-300 кГц з високою напругою (більше 2500 В). Струм високої частоти при такій високій напрузі не представляє великої небезпеки для зварника, так як може викликати лише поверхневі опіки шкіри.

Осцилятори включаються паралельно або послідовна з дугою. У зварювальному колі з осциллятором дуга збуджуєте! без попереднього замикання електрода з виробом (на рас стоянні 1-3 мм від електрода до виробу), тому їх целесо образно включати при зварюванні оздоблювальних і декоративних виробів1