Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Трансформаторы и их применение. Учебное пособие.pdf
31
быть замкнута на прибор или закорочена. При разомкнутой вторичной обмотке магнитный поток, созданный первичным током,
индуцирует во вторичной обмотке высокое напряжение, опасное
для жизни. Кроме того, этот большой магнитный поток может
вызвать перегрев сердечника.
Трансформаторы тока могут иметь различную конструк-
цию (рис. 5.4). Все они имеют несколько коэффициентов трансформации.
Рис. 5.4. Внешний вид трансформаторов тока различной мощности
Удобен в практическом использовании переносной транс-
форматор тока – измерительные клещи (рис. 5.5).
Это трансформатор тока с разъемным сердечником, смонти-
рованный в одном корпусе с амперметром (как правило, цифровым). При нажатии на рукоятку сердечник замыкается, и им обхва-
тывается провод с измеряемым током. После отпускания рукоятки
специальная пружина плотно замыкает сердечник, и амперметр
показывает силу тока в проводе. В данном случае провод с измеряемым током играет роль первичной обмотки. Измерительные
клещи очень удобны в работе, т. к. позволяют измерять ток в любом месте линии без разрыва провода. К недостатку измеритель-
32
ных клещей можно отнести невысокую точность измерения по
сравнению со стационарными трансформаторами тока.
Рис. 5.5. Переносной трансформатор тока – измерительные клещи
Вопросы для самопроверки
1. Как включают трансформатор напряжения, и в каком ре-
жиме он работает?
2. Какова величина номинального напряжения вторичной
обмотки трансформатора напряжения?
3. Как включают трансформатор тока, и в каком режиме он
работает?
4. Какова величина номинального тока вторичной обмотки
трансформатора тока?
5. За счет чего обеспечивается безопасность обслуживаю-
щего измерительные трансформаторы персонала?
33
6. СВАРОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
К источникам питания сварочных аппаратов предъявляются
специфические требования: при заданной мощности они должны
создавать большие токи в нагрузке (дуге), причем изменения сопротивления дуги, неизбежные при ручной дуговой сварке,
не должны существенно сказываться на значениях сварочного
тока. Это обеспечивает стабильность процесса сварки и хорошее
качество сварочного шва.
При работе сварочного трансформатора происходят частые
переходы режимов его работы от холостого хода (в момент, когда
дуга гаснет) к короткому замыканию (при зажигании и горении
дуги). А значит, сварочный трансформатор должен иметь особые
рабочие свойства, отличающие его от обычных силовых трансформаторов [4].
Сварочный трансформатор понижает напряжение сети до
величины, необходимой для зажигания сварочной дуги, и вместе
с тем до безопасного значения для работающего человека – это
60–80 В (напряжение холостого хода). Кроме этого он выполняет
задачу гальванической развязки между сварочной цепью и напря-
жением сети, т. е. электрически отделяет цепь сварочного тока от
сети, питающей сварочный трансформатор, связь между ними
осуществляется только за счет электромагнитной индукции. Это
исключает возможность поражения человека, работающего
обычно среди металлических конструкций с высокой электро-
проводностью, сварочным током.
Напряжение холостого хода у сварочных трансформаторов
ограничивается безопасной величиной, которая устанавливается на
уровне 60–80 В. Но напряжение холостого хода должно быть не менее чем в 1,8–2,5 раза больше напряжения дуги, а сила тока короткого замыкания (Iкз) не должна превышать удвоенного значения сварочного тока (Iсв), при этом изменения сварочного тока должны
быть минимальными. Этим условиям отвечает внешняя крутопада-
ющая характеристика сварочного трансформатора (рис. 6.1, а).
34
а б
Рис. 6.1. Вольт-амперные характеристики (ВАХ):
а – сварочного трансформатора; б – сварочной дуги
В установившемся режиме процесс горения дуги определя-
ется статическими характеристиками источника тока и сварочной дуги. На вольт-амперных характеристиках (ВАХ) это точка
пересечения кривых (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Статические характеристики источника тока и сварочной дуги
35
При ручной дуговой сварке процесс протекает на токах, со-
ответствующих горизонтальному участку вольт-амперной харак-
теристики сварочной дуги, а напряжение источника тока снижа-
ется до необходимого уровня.
Значение рабочего напряжения (Uсв) сварочного трансформатора, округлённое до ближайшего целого числа в вольтах,
определяется величиной сварочного тока Iсв: если Iсв до 600 A:
Uсв = (20 + 0,04 Iсв) В.
Сварочные трансформаторы могут иметь внешнюю харак-
теристику трёх видов: возрастающую, жесткую и падающую
(рис. 6.3). Источники питания для ручной дуговой сварки имеют
падающую вольт-амперную характеристику.
Рис. 6.3. Внешние характеристики сварочных трансформаторов
Сварочные трансформаторы для ручной дуговой сварки,
как правило, формируют крутопадающую внешнюю ВАХ в диа-
пазоне малых токов и пологопадающую внешнюю ВАХ в диапазоне больших токов.
36
Принцип действия сварочного трансформатора подобен
обычным силовым трансформаторам, хотя и со своими особенно-
стями, необходимыми для получения падающей ВАХ.
Сварочный трансформатор состоит из двух основных ча-
стей: дросселя и понижающего трансформатора, который содержит две электрически не связанные между собой обмотки, распо-
ложенные на общем замкнутом магнитопроводе, одна из которых
подключается к источнику переменного тока U1 и называется
первичной обмоткой (W
1
), а к другой обмотке, с пониженным
напряжением U2, подключается нагрузка. Эта обмотка называется вторичной обмоткой (W2).
Ниже приведена общая схема устройства сварочного аппа-
рата (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Общая схема сварочного аппарата
Дроссель служит для регулирования сварочного тока путем
изменения воздушного зазора δ. Чем больше воздушный зазор,
тем меньше индуктивность дросселя, следовательно, больше ток,
протекающий во вторичной цепи.
При холостом ходе, когда ток во вторичной обмотке I2 = 0,
напряжение на вторичной обмотке W2 максимально: U2 = 60–80 В.
37
После зажигания дуги напряжение падает до 20–30 В, в зависимости от типа аппарата.
По характеру устройства магнитного сердечника различают
трансформаторы броневого и стержневого типов.
Трансформаторы стержневого типа, по сравнению с транс-
форматорами броневого типа, имеют более высокий КПД и до-
пускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому сварочные трансформаторы обычно, за редким исключением, бывают
стержневого типа.
Кроме того, магнитопровод стержневого типа позволяет
разнести первичную и вторичную обмотки на большее расстояние, что приводит к увеличению магнитного рассеяния и созданию условий для получения падающей внешней характеристики
источника питания. Тогда как у трансформаторов с магнитопроводом броневого типа малое (нормальное) магнитное рассеивание, что приводит к получению жёсткой внешней характеристики, когда напряжение на вторичной обмотке уменьшается
с ростом тока очень незначительно. К примеру, для силовых
трансформаторов это хорошо, но совсем не подходит для сварочных трансформаторов, где в условиях крутопадающей ВАХ
напряжение должно значительно уменьшаться с ростом тока
дуги. Этим обеспечивается нормальная работа сварочного
трансформатора при коротких замыканиях, т. е. при зажигании
и горении дуги.
В сварочных трансформаторах с подвижным магнитным
шунтом также, как у трансформаторов с увеличенным магнит-
ным рассеянием, сварочный ток может плавно меняться с помо-
щью подвижных секций магнитопроводов, называемых магнит-
ными шунтами. Такие трансформаторы имеют на каждом сердечнике по одной обмотке W1 и W2, между которыми в спе-
циальном канале располагается шунт. Между шунтом и стерж-
нями сердечника имеется воздушный зазор, который может из-
меняться при перемещении подвижного магнитного шунта
(рис. 6.5).
38
Рис. 6.5. Конструкция и ВАХ сварочного трансформатора с магнитным шунтом
При введении магнитного шунта в магнитопровод трансформатора (уменьшение воздушного зазора) часть магнитного
потока, создаваемого первичной обмоткой, отводится магнитным
шунтом и поэтому минует вторичную обмотку. При этом эффек-
тивность передачи энергии от первичной обмотки к вторичной
снижается (индуктивное сопротивление трансформатора увели-
чивается), и ток сварки уменьшается. Этот способ обеспечивает
плавное регулирование тока сварки.
К достоинствам сварочного аппарата можно отнести плавность регулировки сварочного тока, простоту конструкции,
надёжность, сравнительно невысокую цену, а также неприхотли-
вость к окружающим условиям.
39
В числе недостатков можно отметить сравнительно низкий
КПД (до 80 %), большой вес и габариты, ограничение на материалы, с которыми могут производиться сварочные работы.
Внешний вид такого аппарата типа ТДМ-401У2 показан на
рис. 6.6.
Рис. 6.6. Сварочный аппарат типа ТДМ-401У2
В условном обозначении источников питания принята определенная система. Полное условное обозначение состоит из бук-
венных и цифровых индексов.
1. Первая буква указывает тип источника питания: Т – трансформатор; Г – генератор; А – агрегат; В – выпрямитель; У – специализированный источник-установка.
2. Вторая буква обозначает вид сварки: Д – дуговая; П –
плазменная.
3. Третья буква – способ сварки: Ф – под слоем флюса; Г –
в среде защитных газов; У – универсальный источник питания
для нескольких способов сварки. Отсутствие буквы на третьем
месте соответствует ручной сварке покрытыми электродами.
4. Четвёртая буква – способ регулирования сварочного
тока: М – механический; Э – электрический.
40
5. Пятая буква – количество постов сварки: М – для много-
постовой сварки; отсутствие обозначения говорит об одном посте.
6. Две последующие цифры – номинальный сварочный ток:
округленно в десятках ампер.
7. Последние одна или две цифры обозначают регистраци-
онный номер в разработке.
8. Следующая буква (или две) означает климатическое ис-
полнение сварочного трансформатора: ХЛ – для холодного климата; У – для умеренного климата; Т – для тропического климата.
9. Последняя цифра указывает категорию размещения источника питания: 1 – для работы на открытом воздухе; 2 – в помещениях со свободным доступом наружного воздуха; 3 – в закрытых помещениях; 4 – в закрытых помещениях с искусственным микроклиматом; 5 – в помещениях с повышенной
влажностью.
К примеру, расшифруем структурное обозначение (марки-
ровку) сварочного трансформатора ТДМ-401У2 (рис. 6.7):
Рис. 6.7. Маркировка сварочного трансформатора
ТДМ-401У2
Т – трансформатор
Д – для дуговой сварки
М – механический регулятор сварочного тока
У – умеренный климат
1 – регистрационный номер в разработке
2 – для работы в помещениях со
свободным доступом наружного
воздуха
40-номинальный сварочный ток,
десятки ампер