Зварювальні трансформатори

  2.2. Будова і принцип дії.

    Джерела змінного струму широко використовують для ручного дугового зварювання покритими електродами, на автоматах для зварювання під флюсом, для зварювання неплавкими електродами в інертних газах (алюміній та його сплави), у спеціальних установках і при електрошлаковому зварюванні. Джерела змінного струму порівняно дешеві й надійні у роботі.

  Зварювальні трансформатори призначені для зниження напруги з 220 або 380 В до безпечної напруги, але достатньої для легкого запалювання та стійкого горіння електричної дуги (не більше 80 В) регулювання сабо зварювального струму залежно від діаметра електродного дроту та товщини зварюваного металу.

  Принцип дії трансформатора ґрунтується  на явищі електромагнітної індукції. Він складається з корпусу, в середині якого розміщений магнітопровід 1 (осердя), зібраний з тонких (0,5 мм) лакованих пластин електротехнічної сталі (рис. 2.1) і на якому розміщені первинна 3 та вторинна 2 обмотки. Для підвищення коефіцієнта трансформації в трансформаторах ТСК використовують батарею конденсаторів 4, яку вмикають паралельно до первинної обмотки. Якщо по первинній обмотці з більшою кількістю витків пропустити змінний струм (напругою 220 або 380 В), то він буде намагнічувати осердя трансформатора, створюючи в ньому змінний магнітний погік. Впливаючи на вторинну обмотку

  

  Рис. 2.4. Зварювальний трансформатор:

  а — загальний вигляд; б — схема регулювання зварювального струму,

  в — електрична схема 

  з меншою кількістю витків цей магнітний  потік буде створювати (індукувати) в ній змінний струм меншої напруги але більшої величини. Знижуючи за допомогою трансформатора напругу, у стільки ж разів збільшують струм у вторинному колі, який у 3-6 разів більший первинного.

  Котушки первинної обмотки вмикають у  мережу змінного струму, а від котушок вторинної обмотки зварювальний струм подається на електрод і виріб. У момент підключення первинної обмотки до електромережі (вторинна обмотка розімкнена) встановлюється режим холостого (неробочого) ходу трансформатора. Напруга вторинної обмотки при холостому ході максимальна; її називають напругою холостого ходу. Відношення напруги первинної обмотки до напруги вторинної при холостому ході називають коефіцієнтом трансформації. Він дорівнює відношенню кількості витків первинної обмотки до кількості витків вторинної. Таким чином у трансформаторах знижується напруга з 220 В або 380 до 60-90 В і їх називають знижувальними. Коли під час запалювання дуги коло вторинної обмотки замикається, то встановлюється режим навантаження.

  Зварювальний  струм регулюють зміною напруги холостого ходу й опором трансформатора.

  Плавне  регулювання струму можна забезпечити  пересуванням рухомих обмострум  за допомогою гвинтового механізму 5 (рис. 2.1.) і рукоятки 6, збільшуючи або  зменшуючи відстань між первинною  або вторинною обмотками. При збільшенні відстані магнітний зв'язок між обмотками зменшується (збільшується індуктивний опір) і, відповідно, зменшується зварювальний струм, а при зменшенні відстані між обмотками — зварювальний струм збільшується. Регулювання струму можна здійснювати за допомогою введення магнітного шунта між обмотками, що збільшить магнітний потік розсіювання і струм зменшиться. Змінюючи розташування шунта забезпечують плавне регулювання зварювального струму. Використовують також і нерухомий магнітний шунт, який підмагнічується обмоткою керування постійного струму. Якщо в цій обмотці струм збільшити, то магнітний опір шунта зросте, магнітний потік розсіювання зменшиться, а зварювальний струм збільшиться.

  Змінюючи  способи з'єднання обмострум, можна змінювати опір трансформатора ступінчасто. При послідовному з'єднанні первинних і вторинних обмострум опір трансформатора збільшується, а при паралельному з'єднанні первинних і вторинних обмострум загальний опір трансформатора зменшується. Коли використовується одна первинна і одна вторинна обмотки, то опір трансформатора стає рівним індуктивному опору. Таким чином, при зміні з'єднань обмострум, отримують три ступені регулювання, або чотирикратну зміну струму.

  Для ручного дугового зварювання використовують трансформатори типу ТД, ТДП, ТСП із рухомими котушками; СТШ, ТДМ — із рухомими магнітними шунтами, а також ТСМ — із намоткою кабеля безпосередньо на кожух трансформатора для регулювання струму. Трансформатори деяких типів оснащують пристроями для зниження напруги холостого ходу із збудником-стабілізатором ВСД і конденсаторами для підвищення коефіцієнта потужності.

  Для механізованого зварювання використовують трансформатори типу ТДФ, ТДФЖ із тиристорним  регулюванням. Для електрошлакового зварювання застосовують трансформатори типу ГСШ, ТРМК.

  ТРАНСФОРМАТОР ЗВАРЮВАЛЬНИЙ ТДМ-401-1 У2

  Зварювальний  трансформатор ТДМ-401-1 У2 призначений  для живлення одного зварювального  поста однофазним змінним струмом  частотою 50 Гц при ручному дуговому зварюванні, різанні і плавленні металів. Для підвищення електробезпеки при ручному зварюванні трансформатор має пристрій зниження напруги холостого ходу.

  Трансформатор ТДМ-401-1 У2 призначений для роботи у районах помірного климату  на відкритому повітрі під навісом  із дотриманням слідуючих вимог:

  висота  над рівнем моря не болше 1000 м;

  температура навколишнього середовища от 233 К  до 313 К (от -40°С до +40°С);

  відносна  вологість повітря не болше 80% при  температуре 293 К С+20°С). 

  Таблиця 2.1.

  Технічна  характеристика

Параметри	Норма
Номінальний зварювальний струм	400
Номінальна  дія навантаження, %	60
Частота, Гц	50
Номінальна  напруга мережі, В	220 або  380
Первинний струм розрахунковий, А:   При виконанні на 220 В   При виконанні на 380 В	120   70
Напруга холостого ходу знижена, В не більше   Подібне в діапазоні великих струмів,В  не більше   Подібне в діапазоні малих струмів, В  не більше	12   64   80
Номінальна  вторинна напруга під навантаженням, В	36
Вторинна  напруга під навантаженням в  залежності від величини зварювального  струму І2, В	20+0,04І2
Межі  регулювання зварювального струму:   в діапазоні малих струмів, А   в діапазоні великих струмів, А	70 – 200   200 - 460
Цикл  зварювання, хв	5
Продовження Табл.2.1
Коефіцієнт  корисної дії,%	84
Ступінь захисту	І Р 22
Маса  трансформатора з пристроєм УСНТ-0,6 У2, кг не більше	158
Клас  ізоляції	Н
Коди  ОКП трансформатора:   При виконанні на 220 В 50 Гц код ОКП   При виконанні на 380 В 50 Гц код ОКП	34 4185 1123   34 4185 1124

 

  Трансформатор ТДМ-401 1 У2 представляє собою рухому установку в однокорпусному виконанні з природньою вентиляцією, що складається з зварювального трансформатора та обмежувача напруги холостого ходу УСНТ-06 У2 який навішений на кожух.

  Трансформатором забезпечується перетворення електричної  енергії напруги мережі в електричну енергію, яка потрібна для процесу дугового зварювання.

  Режим роботи трансформатора повторно-короткочасний  ПК — це відношення дії навантаження до дії цикла зварювання. Дія циклу  зварювання дорівнює сумі його періоду  й холостого ходу. Залежність допустимих значень ПН від величини зварювального струму показана на рис 2.3.

  Під час роботи неможна допускати  перевантаження трансформатора.

  Кожний  трансформатор виконується тільки на одну напругу мережі 220 або 380 В.

  Трансформатор складається з: магнітопровода-осердя, трансформаторних обмострум.

  Трансформатор однофазний стержньового типу. Котушки  первинної обмотки, нерухомі і закріплені біля нижнього ярма. Котушки вторинної  обмотки — рухомі.

  Для ізоляції котушки застосовується склотканина. Позазоною вікна котушки є  ізоляційні рейки. Котушки вторинної обмотки намотані на «ребро» голої алюмінієвої шиною марки АДО. Витки вторинних котушок ізольовані скляною стрічкою.

 

  

  

 

  Рис. 2.3. Схема електрична принципова

  С - фільтр захисту від радіопошкоджень (конденсатори КБГ-И; 0,02 мкФ; Uроб.=600 В); К - перемикач діапазону струмів; W₁ — первинна обмотка, W ₂ – обмотка вторинна;

  I-з’єднання  обмострум паралельне — великі  зварювальні струми;

  II — з’єднання обмострум послідовне  — малі зварювальні струми

  а — для трансформаторів на 220 В;

  б — для трансформаторів на 380 В 
 

  Обмотки від осердя магнітопровода ізольовані пресованими планками.

  Обмоткові дані трансформатора наведені у таблиці 2.

  Осердя  трансформатора набрано з листів електромеханічної стали марки 3413 та виконане безшпилькової конструкції 
 
 

  Таблиця 2.2.

Параметри	Первинна  обмотка		Вторинна  обмотка
Напруга живлячої мережі (частота 50- Гц), В	220	380	-
Число витків в шарі	2	2	2
Разміри головного проводу, мм	4,0X6,3	2,8X5,3	4,0X25
Марка дроту	АПСД	АПСД	АДО
Кількість параллельніх проводів	1	1	1
Перетин витка, мм2	24,34	14.29	100
Число шарів	8	11	1
Число витків в котушці	90	154	26
Відгалуження	0.72-90	0-126-154	0-26
З’єднання котушок	Паралельне  або послідовне
Опір  котушок при паралельному з'єднанні  при 293 До (+20° С)	0,0322	0.0935	0,00202
Маса  обмотки (компл.), кг	7,84	8,04	7,46

 

  Через верхнє ярмо осердя трансформатора пропущений ходовий гвинт, який вгвинчується в  ходову гайку, вмонтовану в обойму рухомих  вторинних котушок. При обертанні  ходового гвинта, за допомогою рукоятки, що знаходиться зверху трансформатора, переміщуються вторинні котушки и тим самим змінюється відстань між обмотками. Для виключння вібрації рухомих котушок обойма кріплення котушок обладнана плоскими пружинами, які при переміщенні ковзають по магнітопроводу.

  Підключення мережних та зварних проводів до трансформатора відбувається через специальні роз’єми, що розміщені з лицьової сторони трансформатора.

  Переключення  діапазонів струму відбувається перемиканням, рукоятка якого виведена на кришу.

  Відлік  зварювального струму відбувається по шкалі, що розташована на боковині кожуха. Шкала градуйована для двох діапазонів струмів при номінальній напрузі живлячої мережі та при напрузі U2 = 20+0,04І₂ у вольтах на вихідних зажимах вторинної мережі. Точність показань шкали може знмежах ±7,5% від значень максимального струму, що вказаний на шкалі, та являється орієнтовною як величина зварювального струму залежить від нульового. Тому при необхідності більш точної установки величини зварювального струму повинен застосовуватися амперметр.

  Кінці шкали обладнані написами «Стоп», що попереджують про кінець ходу рухомих котушок.

  Трансформатор обладнаний фільтром для зниження радіопошкоджень, що створює трансформатор при  зварюванні. Фильтр складається з  конденсаторів, підключених між  кожним зажимом первичної обмотки  та кожухом.

  Для зручності переміщення трансформатор обладнано ручкою, а для підйому є скоби.

  Захисний  кожух трансформатора кріпиться  гвинтами до візка.

  Струм регулюється перемикачем обмоток  чим досягається два діапазона  регулювання струму, та зміною відстані між первинною і вторинною обмотками, що забезпечує плавне регулювання струму всередині кожного діапазону. Велика напруга холостого ходу має місце при здвинути котушках, меншу — при раздвинутих.

  Попарне паралельне з’єднання катушок обмоток  дає діапазон більших струмів, а  послідовне - діапазон малих струмів. При послідовному з’єднанні невелика частина витків первинної обмотки вимикається, і напруга холостого ходу підвищується. Це добре відбивається на стійкості горіння зварювальної дуги при зварюванні на малих струмах.