Тема 5.

ОДНОФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ. ПРИНЦИП РАБОТЫ, КОНСТРУКЦИЯ, СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ, ВНЕШНИЕ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

5.1. Общие сведения о сварочных трансформаторах. Назначение, классификация, достоинства и недостатки

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в пе­ременный ток другого напряжения той же частоты. Сварочный трансформатор преобразует сетевое напряжение 220 или 380 В частотой 50 или 60 Гц в пониженное (меньше 141 В), необходимое для сварки.

Работа трансформатора основана на электромагнитном взаимо­действии двух или нескольких не связанных между собой электри­ческих контуров (обмоток). Простейший трансформатор (рис. 5.1) состоит из магнитопрово­да 1, первичной 2 и вторичной 3 обмоток. Первичная и вторичная обмотки имеют, соответственно, числа витков W₁ и W₂.

Кроме того, трансформатор состоит из целого ряда чисто кон­структивных узлов и элементов. Остальные элементы конструкции трансформатора служат, главным образом, для удоб­ства эксплуатации трансфор­матора. К ним относятся изоляционные конструкции, предназначенные для обеспе­чения изоляции токоведущих частей, отводы и выво­ды—для присоединения об­моток к линиям высокого и низкого напряжения, пере­ключатели и регуляторы, элементы охлаждения и т. п.

Магнитопровод транс­форматора представляет со­бой замкнутую Магнитную цепь, предназначенную для прохождения главного маг­нитного потока, сцепленного с обеими обмотками. Он вы­полняется из листовой элек­тротехнической стали с тол­щиной листов 0,35 или 0,5 мм. Перед сборкой листы с двух сторон изолируют лаком. Такая конструкция магнито­провода дает возможность в значительной степени осла­бить в нем вихревые токи. Та часть магнитопровода, на которой размещены катушки обмо­ток, называется стержнем. Стержни соединяются между собой ярмом.

Рис. 5.1 – Устройство простейшего трансформатора

В зависимости от конструкции магнитопровода трансформаторы разделяются на два типа: стержневой (рис. 5.2, а) и броневой (рис. 5.2, б); на рис. 5.2, в показан трехфазный трансформатор.

Рис. 5.2 - Типы трансформаторов: а— стержневой, б —броневой, в —трех­фазный; 1 — магнитопровод, 2 — витки пер­вичной обмотки, 3- витки вторичной об­мотки.

Однофазные трансформаторы для дуговой сварки

Упрощенная эквивалентная схема замещения и векторная диаграмма трансформатора представлены на рис. 5.3.

О

А

Рис. 5.3 - Однофазный трансформатор: а — упрощенная схема замещения; б — векторная диаграмма

Зависимость напряжения дуги от тока в векторной форме можно записать

(1)

где Х_Т = X₁′ + Х₂ — суммарное индуктивное сопротивление трансформатора; Х_р - индуктивное сопротивление реактивной катушки; R_Т = R₁′ + R₂ - суммарное активное сопротивление трансформатора; R_р - активное сопротивление реактивной катушки; X₁′ , R₁′ - приведенные индуктивное и активное сопротивления первичной обмотки трансформатора.

Уравнение внешней вольт-амперной характеристики трансформатора для дуговой сварки согласно векторной диаграмме

Пренебрегая малыми величинами R_T и R_р получим

Откуда

При коротком замыкании U_Д = 0; тогда ток короткого замы­кания

Из приведенных уравнений следует, что необходимая для устойчивого горения дуги индуктивность может быть получена либо в самом трансформаторе (при Хр  0), либо включением в цепь, дуги реактивной катушки (при Хт  0). Наличие индук­тивности обеспечивает получение крутопадающей внешней харак­теристики источника и возможность его настройки на заданный режим работы_.

В зависимости от способа создания в цепи дуги индуктивного сопротивления трансформаторы разделяют на две группы. Первую группу составляют трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием ( Хт  0) без реактивной катушки ( Хр = 0), вторую – с нормальным магнитным рассеянием ( Хт  0) в сочетании с реактивной катушкой (Хр  0).

В массовом порядке выпускаются только однопостовые трансформа-горы, предназначенные для ручной дуговой сварки покрытыми элек­тродами и для механизированной сварки под флюсом. Требования к их конструкции и техническим характеристикам изложены в ГОСТ 95-77 - Трансформаторы однофазные однопостовые для ручной дуговой сварки » и ГОСТ 7012-77 «Трансформаторы однофазные однопостовые для авто­матической дуговой сварки под флюсом». Регламентируемые стандарта­ми технические характеристики трансформаторов приведены в табл. 5.1 и табл. 5.2.

Таблица 5.1 Основные параметры однопостовых трансформаторов для ручной дуговой сварки (ГОСТ 95-77)

Номинальный сварочный ток, А	Номинальное рабочее напряжение, В	Минимальный сварочный ток, А	Минимальное рабочее напряжение, В	Номинальная продолжительность на­грузки ПН, %
	Переносные трансформаторы
125	25	30	20	не менее 20
160	26,4	60	22,4	_«_
200	28	70	22,8	_«_
250	30	100	24	_«_
	Передвижные трансформаторы
250	30	50	22	50
315	32,6	60	22,4	60
400	36	80	23,2	60
500	40	100	24	60

Трансформаторы должны обеспечивать легкое зажигание и устойчи­вое горение дуги при использовании электродов с высокими стабилизи­рующими свойствами, предназначенных специально для сварки на пере­менном токе. Если использовать другие электроды, например, с фтористо-кальциевым покрытием, то сварочные свойства трансформатора стано­вится неудовлетворительными, особенно при токе ниже 100 А. Вообще низкая устойчивость горения дуги переменного тока является типичным недостатком сварочных трансформаторов. Другой важный недостаток простейших трансформаторов — низкая стабильность режима, обусло­вленная зависимостью от колебаний напряжения сети.

Таблица 5.2 Основные параметры однофазных однопостовых трансформаторов для автоматической дуговой сварки под флюсом (ГОСТ 7012-77)

Номиналь­ный свароч­ный ток, А	Номиналь­ное рабочее напряже­ние, В	Пределы регулирования сварочного тока, А		Пределы регулирования рабочего напряжения, В		Номинальная продолжи­тельность включения ПВ, %
		нижний	верхний	нижний	верхний
630 1000 1600 2000	48 56 68 76	200 300 400 600	750 1200 1800 2200	26 30 32 32	48 56 68 76	100 100 100 100

Главным достоинством трансформаторов является низкая стоимость их изготовления, они в 2-4 раза дешевле выпрямителей и в 6-10 раз дешевле агрегатов одинаковой мощности. Они дешевле и в эксплуатации, имеют сравнительно высокий коэффициент полезного действия (около 0,7-0,9) и низкий удельный расход электроэнергии (около 2-4 кВт • ч на 1 кг расплавленного электродного металла). Трансформаторы проще в эксплуатации, легко поддаются ремонту.

В зависимости от электромагнитной схемы и способа регулирования различают следующие конструкции.

1. Трансформаторы амплитудного регулирования с нормальным рас­сеянием:

а) с дросселем с воздушным зазором,

б) с дросселем насыщения.

2. Трансформаторы амплитудного регулирования с увеличенным рас­сеянием:

а) с подвижными обмотками,

б) с подвижным магнитным шунтом,

в) с подмагничиваемым шунтом,

г) с реактивной обмоткой,

д) с разнесенными обмотками,

е) с конденсатором,

ж) с импульсным стабилизатором.

3. Трансформаторы фазового регулирования (тиристорные):

а) с импульсной стабилизацией,

б) с подпиткой.

У трансформаторов амплитудного регулирования режим настраивается изменением напряжения холостого хода или сопротивления трансформатора без искажения синусоидальной формы тока. В тиристорных трансформаторах режим настраивается за счет фазовой отсечки части си­нусоиды переменного напряжения.

ТЕМА 6

ОДНОФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ С НОРМАЛЬНЫМ И УВЕЛИЧЕННЫМ МАГНИТНЫМ РАССЕЯНИЕМ