Зварювальні трансформатори

  Силові  трансформатори призначені для перетворення електричної енергії в електричних мережах та в установках для її приймання і використання. Вони складають основну, найбільш численну групу.

  Потужні силові трансформатори встановлюють на електростанціях для підвищення електричної енергії генераторів. Передача електроенергії по лінії електропередачі високою напругою і малими струмами значно зменшує втрати потужності, що дає можливість зменшити переріз проводів та істотно знизити витрати кольорового металу.

  У кінці лінії електропередачі  встановлюють трансформатори, які знижують напругу до рівня, необхідного для  розподілу її між великими споживачами (міста, населені пункти, промислові підприємства, цехи підприємств та ін.).

  У місцях споживання електроенергії встановлюють трансформатори, які знижують напругу до експлуатаційної. Більшість споживачів працюють при напрузі 220, 380 і 660 В.

  Отже, електроенергія, яка передається  від електростанції до електроприймачів, трансформується декілька разів. Спочатку підвищується, а потім знижується.

  Трансформатори, призначені для підвищення напруги, називаються підвищувальними, а трансформатори, призначені для зниження напруги,— знижувальними.

  Трансформатори  широко використовують у радіо- і  телеапаратурі, у вимірювальних пристроях, місцевому освітленні тощо.Трансформатори, які використовуються для узгодження напруги або опорів між каскадами в радіопристроях, називаються узгоджувальними.

  Трансформатори, призначені для передачі імпульсів  напруги або струмів з однієї мережі в іншу, називаються імпульсними. Вони широко використовуються в імпульсній техніці.

  Залежно від потужності трансформатори випускають з природним і масляним охолодженням. Активні частини трансформаторів  у потужних енергетичних установках занурюють в мінеральне трансформаторне масло для кращого відведення тепла і поліпшення ізоляції.

  Трансформатори  малої потужності випускають з повітряним охолодженням.

  Принцип дії трансформатора

  Магнітопровід - це феромагнітне осердя трансформатора, на якому розташовуються обмотки.

  Обмотка – це провід, обмотаний навколо стержня магнітопроводу для створення магнітного поля під дією струму, що протікатиме обмоткою, або для зворотного явища (електромагнітної індукції).

  Обмотка, до якої підводиться електрична енергія, називається первинною, а обмотка, від якої відводиться електрична енергія,— вторинною.

    

    Умовне позначення однофазного трансформатора

  В основі роботи будь-якого трансформатора лежить явище електромагнітної індукції.

  Розглянемо  принцип дії трансформатора на прикладі однофазного двообмоткового трансформатора.  

  

  Під час вмикання первинної обмотки  трансформатора до мережі змінного струму з напругою U₁ у ній виникає струм I₁, який збуджує в магнітопроводі змінний магнітний потік Ф. Замикаючись по магнітопроводу, змінний магнітний потік перетинає витки обмоток та індукує в первинній обмотці (w₁) е.р.с. е₁, а у вторинній обмотці (w₂) е.р.с. е₂.

  Під час вмикання вторинної обмотки  до навантажування е.р.с. е₂ створить у ній струм I₂. Отже, у трансформаторі електрична енергія первинного кола з параметрами U₁, I₁ та частотою f перетворюється в електричну енергію змінного струму з параметрами U₂, I₂ та частотою f.

  В електротехніці та радіотехніці широко використовують трансформатори, які служать для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої. Силові трансформатори застосовують для живлення анодних кіл радіопристроїв, трансформаторних підстанцій, блоків живлення, живлення транзисторних схем тощо, а сигнальні трансформатори - в підсилювачах низької частоти.

  Потужний  трансформатор високої напруги - це пристрій, який складається з  великої кількості конструктивних елементів, основними з яких є: магнітна система (магнітопровод), обмотки, ізоляція, виводи, бак, охолоджувальний пристрій, механізм регулювання напруги, захисні та вимірювальні пристрої, візок.

  У трансформаторах невеликої потужності бак має верхню знімну кришку, тому під час ремонту необхідно  зняти цю кришку, а потім підняти  активну частину з бака.

  Якщо  маса активної частини перевищує 25т, вона встановлюється на донну частину бака, а потім накривається дзвоникоподібною верхньою частиною бака і заливається маслом. Такі трансформатори з нижнім рознімним дном не потребують вантажопідйомних пристроїв, щоб вийняти активну частину, тому що після зливання масла верхня частина бака піднімається, відкриваючи доступ до обмострум і магнітопровода. Для зменшення втрат від пострумів розсіювання стальні баки екрануються з внутрішньої сторони пакетами з електротехнічної сталі або пластинами з немагнітних матеріалів (мідь, алюміній).

  У магнітній системі наявний магнітний потік трансформатора (звідси назва «магнітопровод»). Магнітопровод є конструктивною і механічною основою трансформатора. Слід зазначити, що якість електротехнічної сталі впливає на допустиму магнітну індукцію та втрати в магнітопроводі.

  Протягом  багатьох років застосовувалася  гарячекатана сталь ЭЧ1, ЭЧ2 з товщиною листів 0,5-0,35мм, яка допускає індукцію 1,4—1,45Тл, з питомими втратами 2,5-3,5Вт/кг. Тепер використовують холоднокатану текстуровану сталь марок 3405, 3406, тобто сталь з певною орієнтованістю зерен, яка допускає індукцію до 1,7Тл, з питомими втратами 0,9-1,1Вт/кг. Використання такої сталі дало змогу значно зменшити переріз магнітопровода за рахунок значної допустимої магнітної індукції, зменшити діаметр витків обмотки, зменшити масу і габарити трансформаторів Маса трансформаторів на одиницю потужності в 1930 р сягала 3,33т/(МВА), а в теперішній час 0, 74т/(МВА)

  Зменшення питомих втрат в сталі, ретельна збірка магнітопровода, використання безшпилевих конструкцій, з'єднання стержнів з ярмом за допомогою косої шихтовки дають змогу зменшити втрати холостого ходу та струм намагнічування трансформатора В сучасних потужних трансформаторах струм намагнічування становить 0,5-0,6% від Іном тоді як у трансформаторі з гарячекатаною сталлю струм сягав 3%, втрати холостого ходу зменшабося вдвічі

  Листи трансформаторної сталі повинні  бути ретельно ізольовані один від  одного Спочатку застосовувалася паперова ізоляція - листи оклеювалися з одного боку тонким шаром спеціального паперу. Хоча папір створює повну електричну ізоляцію між листами, але він легко пошкоджується при складанні та збільшує розміри магнітопровода. Широко використовують ізоляцію листів лаком з товщиною шару 0,01мм Лакова плівка створює достатньо міцну ізоляцію між листами, забезпечує добре охолодження магнітопровода, володіє високою нагрівостійкістю і не пошкоджується під час збирання. Останнім часом все ширше застосовують двостороннє жаростійке покриття листів сталі, яке наноситься на металургійному заводі після прокату. Товщина покриття менше 0,01мм, що забезпечує кращі властивості магнітної системи. Стяжка стержнів здійснюється склобандажами, ярм - сталевими напівбандажами і бандажами.

  Магнпопровод і його конструктивні деталі є основою трансформатора, на якій встановлюють обмотки і кріплять провідники, що з'єднують обмотки з вводами, створюючи активну частину.

  Магнітопровод з насадженими на його стержні  обмотками - це активна частина трансформатора

  Магнітопровод в трансформаторі виконує дві  функції по-перше, він утворює  магнітне коло, по якому замикається  основний магнітний потік трансформатора, а по-друге, є основою для встановлення та кріплення обмострум, виводів, перемикачів.

Основні типи зварювальних трансформаторів

  Електропромисловість випускає такі типи трансформаторів:

• з рухомим магнітним шунтом - СТШ-250, СТШ-300, СТШ-500, СТШ-500-80;
• з нерухомим магнітним шунтом і вміщеній на ньому обмоткою управління-ТДФ-1001 і ТДФ-2001;
• з рухомими вторинними обмотками-ТС-300, МС-500, ТСК-300, ТСК-500, ТД-300, ТД-500. 

  

                         
 
 
 

                        

  Рис.  2.2. Електричні схеми трансформаторів СТШ-500 (а) і СТШ-500-80 (б, в); положення шунта при мінімальному і максимальному токах (р) 
 

  У трансформаторах типу СТШ, принципова схема яких наведена на рис. 2д, первинна обмотка 2 закріплена в нижній частині  сердечника 4, а вторинна 3 - у верхній. Магнітний шунт 5. розташований між  обмотками, складається з двох половинок, які можуть розсуватися або зрушуватися. Коли половини шунта розсунуті, магнітний потік розсіювання зменшений н зварювальний струм буде максимальним. При зсунутих ж половинах шунта зварювальний струм мінімальний (рис. 2г).

  Електрична  схема трансформатора СТШ-500 наведена на рис. 2а.

  У трансформаторі СТШ-500-80 котушки обмоток  можуть переключатися з паралельного з'єднання (великі струми) (рис. 2б) на послідовне (малі струми), (рис. 2а).

  Трансформатори  ТДФ-1001 і ТДФ-2001 - стаціонарні, призначенi для харчування дуги при автоматичній зварці під флюсом.

  У цих трансформаторах первинні і  вторинні обмотки рознесені на значну відстань; у вікні магнітопровода розташований нерухомий магнітний  шунт з чотирма котушками на ньому, які призначені для плавного регулювання  зварювального струму.

  Зварювальний  струм регулюють перемиканням котушок  вторинних обмоток (два діапазони: великі та малі струми); плавне регулювання  струму здійснюється подмагннчнванісм шунта за допомогою зміни величини струму в його обмотках: чим більше струм подмагннчіванія, тим більше і зварювальний струм.

  Установка типу ТДФ складається з трансформатора, мережевого контактора, вентилятора  і блок-схеми управління.

  Трансформатори  ТС-300. ТС-500. ТЗ До 300, ТСК-500, ТД-300 і ТД-500, найбільш поширені в даний час, побудовані за схемою, показаної на рис. 1 м. Котушки первинної обмотки 2 і вторинної 3 попарно розміщені на обох стрижнях сердечника. Первинна обмотка нерухома: вона закріплена в нижній частині сердечника: вторинна переміщається по сердечникові за допомогою гвинтового механізму.

  Зварювальний  струм регулюють зміною відстані h між первинними і вторинними обмотками: зі збільшенням цієї відстані магнітний  потік розсіювання збільшується, а зварювальний струм зменшується. У трансформаторах цього типу можуть бути встановлені дна діапазону зварювальних струмів: великі струми - при паралельному з'єднанні котушок первинних і вторинних обмоток і малі струми - при послідовному з'єднанні котушок. У трансформаторах типу ТЗ ця операція складна і вимагає витрати часу: необхідно зняти кожух і перссоеднннть перемички первинних і вторинних обмоток. 

  Трансформатори  типу ТД більш досконалі: вони забезпечені  барабанними перемикачами. Як видно  з рис. 3а, при включенні діапазону  великих струмів котушки первинних  і вторинних обмоток з'єднані паралельно, при включенні діапазону малих струмів (рис. 3 б) котушки вторинних обмоток і частина витків первинної обмотки з'єднані послідовно, а частина витків первинної обмотки відключена.

          

    Рис. 2.3 Електрична схема зварювального трансформатора типу ТД:

    з'єднання обмоток:  а - при включенні  великих струмів. 6 - при включенні  малих струмів 
 

  Трансформатори  ТСК-300 і ТСК-500 комплектують конденсаторами великої потужності, які включаються  паралельно первинним обмоткам; конденсатори призначені для збільшення коефіцієнта потужності.

  III. Трансформатори з жорсткою характеристикою  (для живлення електрошлакової  ванни) ТШС-1000-l ТШС-3000-1 (однофазні)  і ТШС-600-3, ТШС-1000-3, ТШС-3000-3 (трифазні) мають секціонованими первинні  і вторинні обмотки для регулювання вторинного напруги. Зміна вторинної напруги перемикачем витків первинної обіотм проводиться контролером, що приводиться в дію електродвигуном, керованим дистанційно - з робочого місця зварника. Витки вторинної обмотки перемикаються перестановкою перемичок.