5.3 Трансформаторы с отдельным дросселем (тип стэ)

Трансформаторы типа СТЭ (рис. 5.5) состоят из собственно трансформатора (рис. 5.6) и отдельного дросселя (рис. 5.7). Трансформатор на выходе обладает жесткой характеристикой, поскольку вторичная обмотка (2) размещена поверх первичной (1). Т.е. трансформатор этот с нормальным магнитным рассеянием и коэффициент магнитной связи между обмотками К_М1,2 ≈ 1 (Ф_р1 ≈ 0).

1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка; Тр – трансформатор; Др – дроссель; И – изделие; Д – дуга; Э – электрод

Рисунок 5.5 – Трансформатор типа СТЭ

Рисунок 5.6 – Размещение обмоток на стержнях трансформатора СТЭ

Рисунок 5.7 – Конструкция дросселя

Дроссель (рис. 5.7) имеет зазор «а» в магнитопроводе. Зазор «а» регулируется за счет перемещения подвижного пакета (ПП). Перемещение ПП осуществляется за счет системы винт-гайка. Гайка запрессована в подвижном пакете ПП При вращении рукоятки (Р) ПП перемещается (регулируется зазор «а»). Обычно число витков обмотки дросселя W_др=15…17. По обмотке дросселя в режиме нагрузки протекает сварочный ток (или ток дуги I_д). Схема электрических соединений в трансформаторе типа СТЭ приведена на рис. 5.5. Следует отметить, что вторичная обмотка трансформатора (2), обмотка дросселя (на рис. 5.7 W_др) и дуга (Д) соединены последовательно.

Векторная диаграмма напряжений при работе трансформаторов типа СТЭ (в режиме «нагрузки») приведена на рис. 5.8. Характерно, что в цепи переменного тока (f = 50 Гц) индуктивное сопротивление трансформаторы Хτ ≈ 0, поскольку трансформатор с нормальным магнитным рассеянием. Индуктивное же сопротивление дросселя значительное (Х_др). Активные (резистивные) сопротивления обмоток трансформатора (R_T) и дросселя (R_др) малы (можно принять, что R_T + R_др = 0).

Можно записать для векторов:

U_д = U_xx – I_д·Х_др ( 5.8)

С учетом, что R_т + R_др ≈ 0, из диаграммы (рис. 2.8) получим

I_д·Х_др = U_xx – U_{д .} (5.9)

В скалярном виде (см. диаграмму напряжений на рис. 5.8), получим:

(5.10).

Поскольку обычно U_хх = const, U_д = const (т.е. посредством U_д обычно ток дуги не регулируют), то методом регулирования тока дуги (I_д) может быть только метод изменения индуктивного сопротивления дросселя.

Рисунок 5.8 – Векторная диаграмма напряжений для трансформаторов типа СТЭ

Обычно анализ работы источников питания для сварки выполняют для трех режимов: холостой ход, нагрузка, короткое замыкание.

Рассмотрим работу трансформаторов типа СТЭ в этих режимах.

1. Холостой ход.

Поскольку коэффициент магнитной связи между обмотками в этих трансформаторах с нормальным рассеянием = 1, то

(5.11)

Итак, U_хх определяется только соотношением числа вектором первичной (W₁)и вторичной (W₂) обмоток.

2. Нагрузка.

Ток дуги (сварочный ток) определяется по формуле:

(5.12)

Поскольку U_хх = const,U_д = const, то I_д определяется величиной Х_др­.

Величина Х_др обратно пропорциональна величине зазора в дросселе «а» (воздушного зазора см. рис. 2.7), т.е.

(5.13)

где К – величина для данной конструкции дросселя.

Отсюда (из формулы 5.13) следует, что при увеличении зазора «а» индуктивное сопротивление дросселя (Х_др) уменьшается, а сварочный ток (I_д) увеличивается.

При увеличении «а» уменьшается наклон внешней характеристики (на выходе) трансформатор (рис. 5.9). Внешние характеристики (1 и 2) на выходе трансформатора приведены на рис. 5.9. Здесь же приведены и получаемые значения сварочных токов (токов дуги – I_д2,I_д1) соответственно при величине зазоров а₂, а₁. При этом а₂ < а_1.

Из рис. 5.9 следует, что U₂(U_д) = U_xx – ΔU_др, где ΔU_др = I_дХ_др – падение напряжения на обмотке дросселя [В].

Можно отметить также, что при увеличении крутизны внешней характеристики ток I_д уменьшается, поскольку увеличивается индуктивное сопротивление дросселя (см. рис. 5.9.).

Рисунок 5.9 – Внешние характеристики трансформатора типа СТЭ

Вид регулировочной характеристики трансформаторов типа СТЭ приведена на рис. 5.10. При увеличении зазора «а», ток I_д уменьшается.

Рисунок 5.10 – Регулировочная характеристика трансформатора типа СТЭ

3. Режим короткого замыкания.

Если в уравнении (5.12) положить, что U_д = 0, то из этого уравнения следует:

(5.14)

Ток I_к.з. зависит от зазора «а» в дросселе (как и ток дуги – I_д) по зависимости: чем больше зазор «а», тем больше ток I_к.з.

Промышленностью выпущены трансформаторы типа СТЭ (с отдельным дросселем): СТЭ-24 (с дросселем РСТЭ-24) на I_п = 350 А, СТЭ-34 (с дросселем РСТЭ-34) на I_п = 500 А.

Эти трансформаторы используют для ручной дуговой сварки. Их выпуск уменьшают, поскольку они обладают низкими технико-экономическими показателями. Для них к.п.д. составляет соответственно 83 % и 85 % и cosφ 0,52 и 0,53. Однако, такие трансформаторы удобны при использовании на монтажных работах, когда тяжелый собственно трансформатор находится на нижней площади, а более лёгкий дроссель – на верхней площади, и сварщик может регулировать ток сварки (дуги), вращая рукоятку дросселя (изменяя зазор «а» в дросселе).