§ 5.4. Трансформаторы для дуговой электросварки

Трансформатор для дуговой электросварки, обычно называемый сварочным трансформатором, представляет собойоднофазный двухобмоточный понижающий трансформатор, преобразующий напряжение сети 220 или 380 В в напряжение 60-70 В, необходимое для надежного зажигания и устойчивого горения электрической дуги между металлическим электродом и свариваемыми деталями.'

Рис. 5.7. Схема включения (а) и внешние характеристики (б) трансформатора для электродуговой сварки

Специфика работы сварочного трансформатора состоит в прерывистом режиме его работы: зажиганию электрической дуги предшествует короткое замыкание вторичной цепи трансформатора, а обрыв дуги создает режим холостого хода. Номинальный режим работы трансформатора соответствует устойчивому горению электрической дуги. Для ограничения тока в сварочном трансформаторе приняты меры, суть которых сводится к увеличению индуктивного сопротивления. С этой целью первичную обмотку трансформатора располагают на одном стержне, а вторичную — на другом. Это ведет к росту магнитного рассеяния, а следовательно, к увеличению индуктивного сопротивления обмоток. Другой мерой является включение во вторич­ную цепь трансформатора последовательно индуктивной катушки — дросселя Др (рис. 5.7, а), представляющего собой катушку из медного провода прямоугольного сечения, расположенную на стальном магнитопроводе. Дроссель снабжен устройством типа «винт—гайка», позволяющим вращением винта перемещать ярмо так, что воздушный зазор  между ярмом и стержнями меняется от = 0 до  = _mах. При этом минимальному значению  соответствует наибольшее индук­тивное сопротивление дросселя, а следовательно, минимальное значение рабочего тока I₂ = I_2min, а максимальному значению  = _mах — наименьшее индуктивное сопротивление дросселя и максимальное значение рабочего тока I₂ = I_2mах. Повышенное индуктивное сопротивление обмоток и наличие дросселя Др обеспечивают сварочному трансформатору круто падающие внешние характеристики U₂ =f(I₂), необходимые для устойчивого горения электрической дуги (рис. 5.7, б). Изменяя величину воздушного зазора  в дросселе Др можно плавно менять угол наклона внешних характеристик: при 0 наклон характеристики наибольший (график 1), а при  = _mах наклон характеристики минимальный (график 2). Рабочий ток сварочного трансформатора I₂ соответствует напряжению электрической дуги U_д 30 В.

В некоторых конструкциях сварочных трансформаторов дроссель совмещают с трансформатором. Значительное индуктивное сопротивление сварочного трансформатора ведет к снижению его коэффициента мощности cos, который обычно не превышает 0,4—0,5.

§ 3.1. Трехобмоточные трансформаторы

В трехобмоточном трансформаторе на каждую трансформируемую фазу приходится три обмотки. За номинальную мощность такого трансформатора принимают номинальную мощность наиболее нагружаемой его обмотки. Токи, напряжения и сопротивления других обмоток приводят к числу витков этой, наиболее мощной обмотки. Принцип работы трехобмоточного трансформатора по существу не отличается от принципа работы обычного двухобмоточного трансформатора.

Существуют трехобмоточные трансформаторы с одной первичной и двумя вторичными обмотками и трансформаторы с двумя первичными и одной вторичной обмотками.

Рассмотрим основные уравнения, особенности работы и область применения трехобмоточного трансформатора с одной первичной обмоткой, имеющего наибольшее распространение (рис. 3.1, а). Первичная (наиболее мощная) обмотка этого трансформатора является намагничивающей и создает в магнитопроводе магнитный поток, который сцепляется с двумя вторичными обмотками и наводит в них ЭДС и . Аналогично двухобмоточному трансформатору запишем для трехобмоточного трансформатора уравнение МДС:

Разделив (3.1) на w₁, получим уравнения токов:

Здесь k₁₂=w₁/w₂ — коэффициент трансформации между обмоткамиw₁иw₂;k₁₃=w₁/w₃— коэффициент трансформации между обмоткамиw₁ иw₃.

Пренебрегая током х.х. I₀, получим упрощенное уравнение токов трехобмоточного трансформатора:

(3.4)

Экономическую целесообразность применения трехобмоточных трансформаторов можно объяснить тем, что, как это следует из (3.4), первичный ток трехобмоточного трансформатора равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов. Учитывая это равенство, а также и то, что нагрузка на вторичные обмотки достигает номинального значения не одновременно, первичную обмотку трехобмоточного трансформатора рассчитывают на мощность, меньшую арифметической суммыноминальных мощностей обеих вторичных обмоток. Еще одно достоинство трехобмоточного трансформатора состоит втом, что он фактически заменяет два двухобмоточных.

Рис. 3.1. Трехобмоточный траисформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками

Обмотки трехобмоточиого трансформатора располагают на стержне обычно концентрически (рис. 3.1, б), при этом целесообразнее двустороннее расположение вторичных обмоток относительно первичной, тогда первичной является обмотка 2, а вторичными — обмотки1и3. В этом случае взаимное влияниевторичных обмоток заметно ослабевает.

На крупных электростанциях иногда применяют трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными обмотками (к каждой из них подключается генератор) и одной вторичной (от нее отходит линия электропередачи). Обычно это установки большой мощности, а поэтому в них применяют однофазные трехобмоточные трансформаторы, соединенные в трансформаторную группу (см. рис. 1.20, а).

9. Коллекторные машины постоянного тока: конструкция, принцип действия, область применения

Электрические машины по­стоянного тока используются как в качестве генераторов, так и в качестве двигателей. Наибольшее применение име­ют двигатели постоянного то­ка, области применения и диапазон мощности которыхдостаточно широки: от долей ватт (для привода устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов, шахтных подъемников и других меха­низмов). Двигатели постоян­ного тока широко используют­ся для привода подъемных средств в качестве крановых двигателей и привода транс­портных средств в качестве тяговых двигателей. Основ­ные преимущества двигате­лей постоянного тока по срав­нению с бесколлекторными двигателями переменного то­ка — хорошие пусковые и ре­гулировочные свойства, воз­можность получения частоты вращения более 3000 об/мин, а недостатки — относительно высокая стоимость, некоторая сложность в изготовлении и пониженная надежность. Все эти недостатки машин посто­янного тока обусловлены на­личием в них щеточно-коллекторного узла, который к тому же является источником ра­диопомех и пожароопасности. Эти недостатки ограничиваю! применение машин постоянного тока.

В данном разделе рассмотре­ны машины постоянного тока общего назначения, получив­шие наибольшее применение в современном электроприво­де. Рассмотрены также неко­торые виды машин постоянно­го тока специального назна­чения, главным образом при­меняемые в устройствах ав­томатики.

В заключение следует отме­тить, что наибольшее практи­ческое применение получили машины постоянного тока в качестве электродвигателей. Объясняется это возрастаю­щим применением в качестве источников постоянного тока полупроводниковых выпрями­тельных устройств, имеющих более высокие технико-эконо­мические показатели по срав­нению с коллекторными гене­раторами постоянного тока.