3.2. Однофазный трансформаторы с подвижными обмотками типа тд

3.2.1. Устройство трансформаторов, их характеристика и регулирование тока. Трансформаторы ТД предназначены для сварки •тучными электродами. Электрическая схема трансформатора этого типа показана на рис. 3.2,б. Трансформатор имеет магнитопровод стержневого типа (рис. 3.3). Первичная и вторичная обмотки разделены на две равные части W₁/2 и W₂/2. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно у нижнего ярма сердечника* Катушки вторичной обмотки с помощью ходового винта могут перемещаться вдоль стержней сердечника в пределах расстояния L.

Такая конструкция позволяет усиливать магнитный поток рассеяния, увеличивая тем самый величину индуктивного сопротивления трансформатора. (Сердечник может быть броневого типа. В этом случае обмотки не разделяют на две части и размещают их на среднем стержне сердечника).

Рис. 3.3. Схема расположения обмоток трансформаторов ТД

Трансформаторы типа ТД имеют ступенчатое м плавное регулирование сварочного тока (рис. 3.4). Ступенчатое регулирование достигается путем изменения схем включения полуобмоток первичной м вторичной катушeк. Если полуобмотки катушек включены параллельно, то на выходе трансформатора получают режимы больших токов, если последовательно, то режимы малых токов (соответственно области 1 и 2 на рис. 3.4).

С целью стабилизации горения дуги на малых токах при последовательном включении полуобмоток часть витков первичной обмотки отключается, что несколько повышает напряжение холостого хода трансформатора.

Рис. 3.4. Внешние характеристики трансформатора ТД-503: 1 -ступень больших токов; 2 – ступень малых токов

Рис. 3.5. Влияние расстояния между обмотками на величину тока дуги и индуктивного сопротивления трансформатора

Переключение ступеней регулирования необходимо производить при отключенном от сети трансформаторе, если последний не оборудован специальными переключателями.

Плавное регулирование сварочного тока внутри каждой ступени осуществляется изменением расстояния между катушками. При L=0 (рис. 3.5) I_g=I_gmax, X₆=X_6min. При L=L_max ток дуги имеет минимальное значение из-за увеличения индуктивного сопротивления трансформатора до максимума.

3.2.2. Работа трансформатора

При холостом ходе. Вторичная цепь разомкнута, сопротивление дуги равно бесконечности (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Работа трансформатора при холостом ходе:

а – электрическая схема включения; б – векторная диаграмма

В первичной цепи под действием напряжения U₁, протекает ток холостого хода Ī₀. Он создает основной магнитный поток величина которого определяется соотношением Ф₀ = I₀W₁. В первичной обмотке индуктируется э.д.с. самоиндукции Ē₁, во вторичной – э.д.с. взаимоиндукции Ē₂ (магнитным потоком рассеяния в режиме холостого хода можно пренебречь). Определив падение напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях первичной обмотки и отложив их векторы из конца вектора Ē₁ по принятым в электротехнике правилам, получим диаграмму работы трансформатора при холостом ходе (рис. 3.6,б).

Под нагрузкой. Во вторичную цепь трансформатора включено сопротивление дуги R_g (рис. 3.7,а).

а

Рис 3.7. Работа трансформатора под нагрузкой: а – электрическая схема включения; б – векторная диаграмма

В первичной обмотке трансформатора протекает ток Ī₁. Он создает основной магнитный поток Ī₁ равен сумме токов Ī₀, и приведенного вторичного Ī₂. Ē₂ опережает Ī₁ на угол ₂. Определив падение напряжений в первичной и вторичной обмотках» можно построить диаграмму работы трансформатора под нагрузкой (рис. 3.7,б).

Увеличение индуктивного сопротивления обмоток трансформатора за счет у сучения полей рассеяния приводит к большим падениям напряжений U₁, и U₂ и снижает величину коэффициента мощности. Из рис. 3.6,б и 3.7,б видно, что ₁ уменьшается при увеличении нагрузки. При номинальных значениях I₂ cos достигает значений  0,5 (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Влияние нагрузки на величину коэффициента мощности

При коротком замыкания. Режим короткого замыкания является для сварочного трансформатора аварийным. Он характеризуется увеличением тока во вторичной обмотке на 20..30 % выше номинального (для обычного трансформатора в I5...20 раз). Величина Ī_2нв ограничивается индуктивным сопротивлением трансформатора. Векторная диаграмма работы трансформатора в этом режиме показана на рис. 3.9. Напряжение дуги равно нулю из-за R_g = 0. Во вторичной обмотке вся энергия расходуется на потери в стали и меди трансформатора. Поэтому к.п.д. трансформатора в атом режиме, также как и при холостом ходе, равен нулю. Ē₁ и Ē₂ по сравнима с нормальным режимом работы уменьшаются вследствие роста Ū₁ и Ū₂.

(3.1)

Tax как индуктивное сопротивление вторичной обмотки невелико, то основную роль в ограничении тока короткого замыкания играет индуктивное сопротивление Х_L5, обусловленное магнитным потоком рассеяния.

Рис. 3.9. Работа трансформа­тора при коротком замыкании

Векторные диаграммы работы трансформатора при холостом ходе (рис. 3.6,б), под нагрузкой (рис. 3.7,б) и при коротком замыкании (рис. 3.9) дают возможность оценить качество сварочного трансформатора к его технические характеристики. 3.2.3. Технико-экономические характеристики К.п.д. трансформатора зависит от коэффициента нагрузки (рис. 3.10). Наибольшие значения он имеет при =0,5. С увеличением нагрузки к.п.д. уменьшается мало, а при режиме короткого замыкания резко снижается до нуля.

Рис. 3.10. Влияние нагрузки на к.п.д. трансформатора

Трансформаторы с подвижными обмотками выпускаются серийно электротехнической промышленностью в передвижном (ТДМ-317, ТДМ-40I. ТДМ-503) и переносном (ТД-102, ТД-306) вариантах. Технические данные этих трансформаторов приведены в табл. 3.1. Трансформаторы типа ТД имеют следующие

недостатки, механизм перемещения одной из обмоток трансформатора усложняет его конструкцию, увеличивает размеры сердечника и потери в нем. В процессе эксплуатации на механизм действуют значительные знакопеременные силы с частотой 100 Гц, которые приводят к преждевременному его разрушению. Расположение катушек на сердечнике таким образом, как показано на рис. 3.3, способствует увеличению габаритов и массы сердечника, а также возникновению дополнительных потерь в конструктивных элементах из-за наличия магнитных полей рассеяния.

Таблица 3.1

Техническая характеристика	Тип трансформатора
	ТД- 102У2	ТД- 306У2	ТДМ-317У2	ТДМ-401У2	ТДМ-503У2
IHOM, A	160	250	315	400	500
UHOM, B	26,4	30	32,6	36	40
UXX, B	80	80	80	80	65...75
Режим работы, ПН %	20	25	60	60	60
PHOM, кBA	11,4	19.4	21	27	36
к.п.д., %	70	75	83	84	85
масса, кг	37	67	130	145	175

Примечания: I. Буква М после обозначения трансформатора свидетельствует о модернизации; 2. Трансформаторы ТДМ-503У2 вй1пускаются 0,1,2 и 3 модификаций: ТДМ-503-1У2 и ТДМ-503-ЗУ2 снабжены устройством снижения напряжения холостого хода УСНТ-06У2; ТДМ-503-2У2 и ТДМ-503-ЗУ2 – конденсатором КСТС-0,38-9.4У2 для повышения cos.

В целом эти недостатки снижают к.п.д., приводят к увеличению массы и габаритов трансформатора и уменьшают его экономичность.

Ранее отечественной электротехнической промышленностью выпускались трансформаторы с подвижными обмотками TC-120, ГС-500, ТСК-300, ТСК-500, СТР-1000. СТР-1000-П, ТСП-1. Основным типом являлись трансформаторы ТС. Они послужили базой для создания современных трансформаторов типа ТД. ТСК отличаются от ТС наличием конденсаторов, включаемых для повышения cog У. Трансформаторы – регуляторы СТР поддерживали параметры процесса в автоматическом режиме с точностью до 3...5 %. СПР-100-П имел оригинальное масляное устройство для успокоения вибраций подвижной системы. В трансформаторе ТСП-1 применялось витковое ступенчатое регулирование. Оно осуществлялось навивкой сварочного кабеля (до 4-х витков) на корпус трансформатора.