8.Сварочные трансформаторы

8.1 Общая характеристика трансформаторов

Трансформатором называется устройство для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения без изменения частоты.

Сварочный трансформатор разделяет сварочную цепь и силовую сеть, понижает напряжение сети до необходимого для сварки значения, самостоятельно или в комплекте с дополнительными устройствами обеспечивает формирование требуемых статических характеристик и регулирование режима.

Сварочный трансформатор содержит первичную и вторичную обмотки, размещенные на магнитопроводе из ферромагнитного материала.

Трансформаторы могут выполнятся на магнитопроводах стержневого, броневого или кольцевого типа (рис.8.1).Обмотки трансформатора могут располагаться совместно, например, концентрично одна поверх другой, или раздельно, на разных участках одного стержня или разных стержнях трансформатора.

а б в

Рисунок 8.1 Магнитопроводы стержневого (а ), броневого ( б ) и коль- цевого ( в ) типа

Сварочный трансформатор может работать в режиме холостого хода, в режиме нагрузки и в режиме короткого замыкания.

8.2 Основные соотношения в трансформаторе в режиме холостого хода

Рассмотрим работу однофазного трансформатора с магнитопроводом стержневого типа и обмотками, размещенными на разных участках стержня

( рис. 8.2 )

В режиме холостого хода вторичная цепь разомкнута (I₂ = 0). В первичной обмотке протекает сравнительно небольшой ток I₁₀. Намагничивающая сила первичной обмотки (I₁₀w₁) создает магнитный поток Ф₁

(8.1)

где R_М – сопротивление магнитной цепи, по которой замыкается магнитный поток.

а – конструкция; б – электрическая схема

Рисунок 8.2 - Конструкция и электрическая схема однофазного

сварочного трансформатора

Магнитный поток Ф₁ делится на две части: главный (основной) поток Ф_1О, замыкающийся по магнитопроводу, и поток рассеяния Ф_1Р, замыкающийся по воздуху в пространстве вокруг первичной обмотки.

При работе трансформатора в режиме холостого хода поток рассеяния во много раз (10 …100 ) раз меньше основного потока, так как сопротивление магнитной цепи ферромагнитного магнитопровода во много раз меньше сопротивления магнитной цепи, по которой замыкается поток рассеяния.

В передаче мощности от первичной обмотки ко вторичной участвует только основной поток, который сцеплен с витками как первичной, так и вторичной обмоток. Поток рассеяния сцеплен с витками только первичной обмотки.

Основной магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке ЭДС холостого хода

Е₂₀ = U₂₀ = Cw₂Ф_10. (8.2)

Здесь С =

где f – частота питающей сети;

Ф₁₀ – амплитудное значение основного магнитного потока.

Магнитный поток Ф₁ индуцирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции

Е₁ = Сw₁Ф₁. (8.3)

Напряжение U₁, подведенное к первичной обмотке, уравновешивается этой противо-ЭДС и падением напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки

U₁ = Е₁ + I₁₀R₁. (8.4)

Ввиду малости тока холостого хода и активного сопротивления обмотки вторым слагаемым в выражении (8.4) можно пренебречь. Тогда

U₁  Е₁ = Сw₁Ф₁. (8.5)

В соответствии с (8.2) и (8.5) коэффициент трансформации определится выражением

(8.6)

где К_М – коэффициент магнитной связи между первичной и вторичной обмотками:

(8.7)

В трансформаторах с нормальным рассеянием, у которых первичная и вторичная обмотки совмещены (например, намотаны концентрично одна поверх другой), К_М  1.

В трансформаторах с увеличенным рассеянием, у которых первичная и вторичная обмотки разнесены на разные стержни или на разные участки одного стержня, К_М  1 (К_М = 0,9 – 0,98). При этом, в соответствии с выражением (8.6),

. (8.8)

То есть наличие потоков рассеяния приводит к некоторому снижению напряжения холостого хода трансформатора, что необходимо учитывать при расчете количества витков вторичной обмотки.