Класифікація і пристрій зварювальних трансформаторів

Зварювальний трансформатор містить силовий трансформатор і пристрій регулювання зварювального струму.

У зварювальних трансформаторах в зв`язку з необхідністю величезного зсуву фаз напруги і струму для забезпечення сталого запалювання дуги змінного струму при зміні полярності потрібно забезпечити збільшене індуктивний опір вторинної ланцюга.

З ростом індуктивного опору виростає і нахил зовнішньої статичної властивості джерела живлення зварювальної дуги на її робочому ділянці, що забезпечує отримання падаючих рис відповідно до вимог загальної стійкості системи «джерело живлення - дуга».

У конструкціях зварювальних трансформаторів першої половини 20-го століття застосовувалися трансформатори зі звичайним розсіюванням магнітного поля в купе з окремим або поєднаним дроселем. Регулювання струму виконувалося конфігурацією зазору в муздрамтеатрі дроселя.

В сучасних зварювальних трансформаторах, які випускаються з 60-х років 20-го століття ці вимоги забезпечуються за рахунок зростання розсіювання магнітного поля.

Трансформатор як об`єкт електротехніки має еквівалентну схему, яка містить активний і індуктивний опір.

Для зварювальних трансформаторів, що працюють в режимі навантаження, споживана потужність на порядок більше, ніж втрати холостого ходу, тому при роботі під навантаженням цю схему можна нехтувати.

Мал. 1. Систематизація зварювальних трансформаторів

Для звичайної схеми трансформатора головні втрати магнітного поля на шляху від первинної до вторинної обмотці відбуваються між стрижнями муздрамтеатру.

Управління розсіюванням магнітного поля робиться конфігурацією геометрії повітряного проміжку між первинною і вторинною обмотками (рухливі обмотки, рухливий шунт), узгодженим конфігурацією числа витків первинної і вторинної обмоток, конфігурацією магнітної проникності між стрижнями муздрамтеатру (подмагничивающего шунт).

При розгляді полегшеної схеми трансформатора з рознесеними обмотками можна отримати залежність індукційного опору від головних характеристик трансформатора

Rm - Опір на шляху магнітного потоку розсіювання, ε - відносне переміщення обмоток, W- число витків обмоток.

Тоді струм у вторинному ланцюзі:

Спектр плавного регулювання у сучасних зварювальних трансформаторів: 1: 3 1: 4.

У багатьох зварювальних трансформаторів є поетапне регулювання - перемикання і первинної і вторинної обмотки на паралельне або послідовне включення.

I = K / W2

У сучасних зварювальних трансформаторів для зниження ваги і ціни на ступені величезних струмів виготовлено зниження напруги холостого ходу.

Сварчоние трансформатори з рухомими обмотками

Мал. 2. Пристрій зварювального трансформатора з рухомими обмотками: при стовідсотково зрушених обмотках зварювальний струм найбільший, при розставлених - малий.

Така схема використовується і в зварювальних випрямлячах регульованих трансформаторів.

Мал. 3. Конструкція трансформатора з рухомими обмотками: 1 - ходовий гвинт, 2 - магнітопровід, 3 - ходова гайка, 4,5 - вторинна і первинна обмотки, 6 - ручка.

Зварювальні трансформатори з рухомим шунтом

Мал. 4. Пристрій зварювального трансформатора з рухомим шунтом

Регулювання потоку розсіювання магнітного поля в цьому випадку відбувається за рахунок зміни довжини і перетину частин магнітного шляху між стрижнями муздрамтеатру. Оскільки магнітна проникність заліза на два порядки більше, ніж проникність повітря, при русі магнітного шунта змінюється магнітне опір потоку розсіювання, що проходить по повітрю. При стовідсотково введеному шунт хвиля потоку розсіювання і індуктивне опір визначається повітряними зазорами між магнітопроводом і шунтом.

В даний час зварювальні трансформатори за такою схемою випускаються для промислових і побутових цілей, і така схема використовується в зварювальних випрямлячах регульованих трансформаторів.

Зварювальний трансформатор ТДМ500-С

Зварювальні трансформатори з секціонованими обмотками

Це монтажні та побутові трансформатори виробництва 60, 70, 80 років.

Є деяка кількість ступенів регулювання числа витків первинної і вторинної обмотки.

Зварювальні трансформатори з нерухомим подмагничивающего шунтом

Мал. 4. Пристрій зварювального трансформатора з нерухомим магнітним шунтом

Для управління вживається падаючу ділянку, тобто робота сердечника шунта в режимі насичення. Оскільки проходить через шунт магнітний потік змінний, робоча точка вибирається так, щоб не виходити за межі падаючої гілки магнітної проникності.

З підвищенням насичення муздрамтеатру падає магнітна проникність шунта, відповідно зростає потік розсіювання, індуктивний опір трансформатора і внаслідок цього зменшується зварювальний струм.

Так як регулювання електронне, то може бути дистанційне керування джерелом живлення. Іншою перевагою схеми є відсутність рухомих частин, тому що управління електричне, це дозволяє спростити і полегшити конструкцію масивних трансформаторів. Електричні зусилля пропорційні квадрату струму, тому на великому струмі проблема з утриманням рухомих частин. Трансформатори такого типу випускалися в 70-х і 80-х роках 20-го століття.

Тиристорні зварювальні трансформатори

Мал. 5. Пристрій тиристорного зварювального трансформатора

Принцип регулювання напруги і струму тиристорами заснований на фазовому зсуві відкриття тиристора в напівперіод прямий для нього полярності. При цьому змінюється середнє значення випрямленої напруги і, відповідно, струму за напівперіод.

Для забезпечення регулювання однофазних мережі необхідні два зустрічно включених тиристора, при цьому регулювання має бути симетричним. Тиристорні трансформатори мають жорстку зовнішню статичну характеристику, регулювання якої робиться по напрузі на виході за допомогою тиристорів.

Тиристори комфортні для регулювання напруги та струму в ланцюгах змінного напруги, так як закриття відбувається автоматом при зміні полярності.

У ланцюгах постійного струму для закривання тиристорів зазвичай вживають резонансні схеми з індуктивністю, що важко і недешево, і обмежує можливості регулювання.

У схемах тиристорних трансформаторів тиристори встановлюються в ланцюзі первинної обмотки по 2-м причин:

1. Так як вторинні струми зварювальних джерел живлення набагато більше, ніж найбільший струм тиристорів (до 800 А).

2. Більш високий ККД, так як втрати на падіння напруги на відкритих вентилях в первинному ланцюзі щодо робочої напруги менше в кілька разів.

Крім того, індуктивність трансформатора в цьому випадку забезпечує більшу згладжування випрямленої струму, ніж випадок установки тиристорів у вторинному ланцюзі.

Всі сучасні трансформатори для зварювання виробляються з алюмінієвими обмотками. Для надійності на кінцях приварені прохолодною зварюванням мідні накладки.

Мал. 6. Блок-схема тиристорного трансформатора: Т - понижуючий трифазний трансформатор, КВ - комутуючі вентилі (тиристори), БФУ - блок фазового управління, БЗ- блок завдання.

Мал. 7. Діаграма напруг: φ- кут (фаза) включення тиристорів.

З 80-х років основна частка зварювальних трансформаторів проводиться на холоднокатаному трансформаторному залозі. Це дає в 1,5 рази більшу індукцію і менше вага муздрамтеатру.

ElectricalSchool.info - Школа для електрика