3.3. Трансформаторы для сварки под слоем флюса

В настоящее время для питания дуги при автоматической сварке под слоем флюса применяют трансформаторы серий ТДФ и ТДФЖ.

Все эти трансформаторы являются стационарными, имеют принудительное воздушное охлаждение, рассчитаны на продолжительный режим работы. Трансформаторы этих серий имеют электрическое регулирование сварочного тока.

Основой конструкции серии ТДФ является трансформатор с магнитным шунтом, подмагничиваемым постоянным током (рис. 3.20). Принцип действия этого трансформатора и формирование его внешней характеристики основаны на создании повышенных магнитных полей рассеяния при изменении магнитного насыщения управляемого шунта.

Н

82

а каждом стержне главного магнитопровода силового трансформатора Т₁ расположены катушки первичной W₁ и W₂ вторичной обмоток. Основная часть вторичной обмотки W_2о расположена у верхнего ярма магнитопровода. Дополнительная часть этой же обмотки W_2д расположена вместе с первичной обмоткой у нижнего ярма магнитопровода. Магнитный шунт с обмоткой управления W_у размещен в окне главного магнитопровода между обмотками W_2о и W₁ на пути основного потока рассеяния трансформатора. Обмотка управления магнитного шунта питается от вспомогательного однотактного тиристорного выпрямителя, состоящего из трансформатора Т₂, тиристора V₁, обратного диода V₂ и схемы фазового управления тиристором (БФУ), выполненной на логическом элементе М-403.

Рис. 3.20. Принципиальная схема трансформатора ТДФ

Подмагничиванием магнитного шунта производят плавное регулирование сварочного тока. Увеличение тока управления вызывает увеличение магнитного насыщения шунта, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмоток и, следовательно, к увеличению сварочного тока. Трансформаторы серии ТДФ имеют также ступенчатое регулирование, оно осуществляется переключением витков катушек вторичной обмотки. При переходе на ступень больших токов часть витков основной обмотки W₂₀ отключается и подключается дополнительная часть вторичной обмотки, индуктивное сопротивление трансформатора при этом снижается. Трансформаторы серии ТДФ имеют местное и дистанционное управление. В переднюю панель встроен блок управления автоматом, имеется также пускорегулирующая и защитная аппаратура. Первичная и вторичная обмотки силового трансформатора и обмотка управления магнитного шунта ТДФ-1001 выполнены из алюминиевого провода, а ТДФ-1601 – из медного. Расположение обмоток ТДФ-1001: W_2о – у верхнего ярма, W₁ и W_2Д – у нижнего. В ТДФ-1601: W₁ и W_2Д – у верхнего ярма, W_2о – у нижнего. Трансформаторы снабжены емкостным фильтром, предназначенным для снижения уровня радиопомех. Трансформаторы серии ТДФ имеют падающие внешние характеристики и предназначены для работы со сварочными автоматами, снабженными системой автоматического регулирования напряжения дуги. Между тем, в последние годы получили большое распространение более простые и надежные автоматы с независимой скоростью подачи электрода, требующие источники питания с жесткой характеристикой. Кроме того, трансформаторы ТДФ имеют ряд недостатков: низкие коэффициенты усиления по току K_I = I_св/I_у ≤ 75 и мощности K_P = P_д/P_у ≤ 50; отсутствие стабилизации рабочего напряжения при изменении напряжения питания сети; отсутствие стабильности тока управления. Поэтому выпуск трансформаторов ТДФ был прекращен с 1980 г.

Вместо них стали выпускать трансформаторы серии ТДФЖ, имеющие тиристорный регулятор тока и обеспечивающие импульсную стабилизацию процесса сварки (рис. 3.21).

Рис. 3.21. Принципиальная схема трансформатора ТДФЖ

При этом снижается потребляемая мощность в цепи управления за счет увеличения коэффициента по току (K_I ≈ 2000) и мощности (K_P ≈ 1000), а также стабилизируется напряжение на дуге и ток управления.

Силовой трансформатор двухстержневой с магнитопроводом бесшпилечной конструкции. Обмотки выполнены шиной, намотанный «на ребро» (ТДФЖ-1002, марка АДО; ТДФЖ-2002, марка МГМ).

Первичные W₁, W₂ и вторичные W₃, W₄ обмотки силового трансформатора Т₁ состоят из двух секционированных катушек каждая. Между секциями катушек вторичной обмотки установлены обмотки импульсной стабилизации W₅, W₆. В окне магнитопровода размещены катушки реакторной обмотки W₇, W₈, позволяющей производить ступенчатое регулирование тока. В трансформаторе ТДФЖ-1002 – две ступени регулирования, в ТДФЖ-2002 – три. Трансформаторы серии ТДФЖ имеют принудительную вентиляцию (с ветровым реле), снабжены емкостными фильтрами для защиты от помех радиоприему. В трансформаторах ТДФЖ-1002 катушки реакторной обмотки соединены последовательно, а в трансформаторах ТДФЖ-2002 могут соединяться в зависимости от диапазона сварочного тока: последовательно или параллельно соответственно в диапазоне малых или средних токов. В диапазоне больших токов реакторные обмотки не включаются. Тиристорами V₁ и V₂ (марки ТВ-800), включенных по встречно-параллельной схеме, регулируется напряжение на первичной обмотке силового трансформатора. Импульсы управления поступают на тиристоры с фазосдвигающего устройства (ФУ), на вход которого подана разность сигналов задания рабочего напряжения и обратной связи. Цепь задания рабочего напряжения питается от обмотки Т_2.3 вспомогательного трансформатора Т₂. Уменьшение напряжения на выходных зажимах трансформатора в результате какого-либо изменения в параметрах процесса сварки (например, уменьшение вылета электрода) вызывает ослабление сигналов обратной связи. Поскольку напряжение задания не изменилось, возрастает, разностный сигнал на входе ФУ и изменяется значение импульсов управления тиристорами. В результате напряжение на обмотках силового трансформатора возрастает до прежнего значения.

Для повышения устойчивости горения дуги введена цепь импульсной стабилизации, состоящая из дополнительных обмоток трансформатора w₅, w₆ и конденсатора С₇. В момент включения тиристора V₁ или V₂ зарядный ток конденсатора С₇ проходит по обмоткам w₅ и w₆ и наводит во вторичных обмотках w₃ и w₄ трансформатора импульс напряжения, достаточный для уверенного повторного зажигания дуги. Трансформаторы серии ТДФЖ имеют автоматическую защиту персонала от внезапного пробоя силовых тиристоров. Трансформаторы серии ТДФЖ имеют жесткие внешние характеристики. Применяются для работы со сварочными автоматами с постоянной скоростью подачи проволоки. Форма ВАХ обеспечивает постоянство напряжения дуги. Значение сварочного тока определяется скоростью подачи электродной проволоки.

Техническая характеристика трансформаторов для сварки под флюсом дана в табл. 13, а внешний вид трансформаторов серии ТДФЖ на рис. 3.22.

Таблица 13

Основные параметры трансформаторов для сварки под флюсом

Параметры	ТДФ-1001	ТДФ-1601	ТДФЖ-1002	ТДФЖ-2002
Номинальный сварочный ток, А	1000	1600	1000	2000
Номинальное напряжение, В холостого хода рабочее	80 44	110 60	120 56	120 76
Номинальный режим работы ПВ/ПН, %	100	100	100	100
Пределы регулирования сварочного тока, А	400-1200	600-1800	300-1200	600-2200
Номинальная мощность, кВ·А	82	182	125	240
КПД, %, не менее	87	88	86	88
Масса, кг, не более	720	1000	550	850
Предприятие-изготовитель	2	2	2	2

Рис. 3.22 Внешний вид трансфоматора серии ТДФЖ

В некоторых конструкциях автоматов для сварки под слоем флюса применяют двух- и трехдуговую сварку. В этом случае используется автотрансформатор АТС-01, предназначенный для включения сварочных трансформаторов по двухфазной симметричной схеме (схеме Скотта) (рис. 3.23).

а) б)

Рис. 3.23. Принципиальная схема трансформатора типа АТС

Такое включение позволяет при питании мощных однофазных трансформаторов ТДФЖ-2002 обеспечить равномерную загрузку трехфазной сети. Принцип работы трансформатора АТС-01 заключается в следующем. Одно из линейных напряжений питающей сети (например, U_AB, рис. 3.22, а) делится на две равные части: напряжение между точкой деления 0 и фазой деления С равно и сдвинуто по фазе относительно U_AB на 90°. Это напряжение трансформируется до номинального значения U_0X = U_AB и используется для питания сварочного трансформатора T₁. Трансформатор Т₂ включается на напряжение U_AB. При таком включении токи вторичных обмоток трансформаторов сдвинуты на 90°. Делитель напряжения и автотрансформатор выполнены на едином трехстержневом магнитопроводе. На одном из крайних стержней – катушки делителя напряжения, на другом – катушки автотрансформатора. Средний стержень служит для развязки магнитных потоков делителя и автотрансформатора. Сечение его в 1,4 больше сечения крайних стержней. Трансформатор имеет следующие параметры: напряжение сети 380 В; ток нагрузки 630 А; режим работы ПВ/ПН 100 %; потребляемый ток: фаза А – 375 А, фаза В – 375 А, фаза С – 750 А; масса не более 700 кг.