Устройство холостого хода сварочного трансформатора

Обновлено: 10.01.2025

Изобретение относится к о;ласти сварки, в частности к устройствам для поддержания с необходимой выдержкой времени номинальной величи-ны напряжения холостого хода в ходе сварочных работ н ограничения его до безопасной величины после прекращения процесса сварки.

Известно устройство для ограничения напряжения холостого хода свароч- 10 ного трансформатора, содержащее тиристорный коммутатор,шунтируемий сопротивлением,включенный последовательно с первичной обмоткой (11 и f2)

При сварке в особо опасных усло- !6 виях по окончании сварки или длительном отрыве дуги необходимо отключать источник питания в течение времени не более 0,5 cev. При этом напряжение на электроде должно быть не более 12В - в течение последующего периода времени, вплоть до начала очередного процесса сварки, Основными техническими трудностями при осуществлении этих требований является отсутствие напряжения на вторичной стороне сварочного трансформатора или его незначительная величина и отсутствие надежного электрического контакта меж ду электродом и свариваелым предметом в момент касания.

На практике, как правило, свариваемые предметы покрыты ржавчиной, окалиной и имеют неровную, шероховатую поверхность, Кроме того, практически невоэможно электрод при касании свариваемого предмета установить так, чтобы он не смещался. В действительности, при касании электрод перемещается под нажимом руки на некоторое расстояние °

Во время перемещения электрода он вступает в кратковременный контакт с неровностями свариваемого предмета и возникает искрение, однако, оно нестабильно и может не развиваться в электрическую дугу. Поэтому сварщику необходимо постукивать по свариваемому предмету до тех пор, пока не нарушится слой ржавчины или окалины и не загорится дуга. Если при неограниченном, номинальном напряжении холостого хода, равном, как правило, 60-65 В, достаточно нескольких касаний, то при ограничении его до напряжения 12 В, что требуется по правилам безопасности, вызвать ,дугу аналогичными постукиваниями весьма трудно. Особенно это неудобно (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ХОЛОСТОГО

ХОДА СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

-gns сварщика при сварке потолочных перекрытий, т.е. снижение величины йапряжеяия холостого хода отрица-. тельно сказывается на процессе сварки и производительности.

С другой сторойы, найряжение

60-65 В" является оПаснйм, так как при сварке в сырых помещениях, под открытым небом и пр. при обязатель ном наличии заземления одного конпа возникает контур тока, проходящий через тело человека (сварщика) . этот ток настолько ощутим, что часто в этих условиях работа становитс не возможной.

Целью предлагаемого изобретения является повышение чувствительности при включении устройства независимо от переходного сопротивления электрод-деталь, Это Стало возможным благодаря следующим обстоятельствам: было замечено, что при скольжений электрода по неровной, шероховатой поверхности металла во вторичной обмотке cíàðî÷íîão трансформатора протекают кратковременные импуль- сы тока, имеющие крутые передний и задний фронты и носящие вероятностный!характер. При одном случайном касании, как правило, возникает несколько таких импульсов. Это явление наблюдается как при номинальном напряжении холостого хода, так и при напряжении 12 В и менее. Отрицательное явление (нестабильный, пропадающий контакт) было использованО" заявителями в качестве воэможности получения сигнала о наличии надежного„ но кратковременного контакта.

Цель достигается тЬм, что последовательйо с вторичной обмоткой сварочного трансформатора подключен импульсный трансформатор, а в цепи обоих источников установлены последовательно соединенные оптрон и ем- . кость конденсатора, зашунтнрованного резистором, причем входная цепь оптрояа подключена к вторичной обмотке импульсного трансформатора, а выходная - через указанные емкость н резистор - к релейному элементу, также подсоединенному к обоим источ никам.

На чертеже дана принципиальная .электрическая схема устройства для автоматического ограничения напряжения холостого хода сварочных тран- .сформаторов.

Устройство включает в себя выпрямитель 1, подсоединенный к зажимам сети и питающий цепь управления тиристорного коммутатора 2, который зашунтнрован защйтнойЧС -цепочкой, состоящей из резистора 3 и конденса-, тора 4. Силовой сварочййй трансформа« тор 5 на. вторичной стороне имеет. электрод б и свариваемый предмет 7, Вторичная обмотка сварочного" трансформатора через импульсный тран7076 ф сформатор 8 связана с оптроном 9, который через конденсатор 10 подсо единен к обмот з релейного элемента.

11. К яей же подсоединяется вторичная обмотка трансформатора тока 12, к вторичной стороне которого подсо5 единен выпрямитель 13. Реактор 14 служит для регулировки сварочного тока, а резистор 15 обеспечива" ет разряд конденсатора 10. Обмотка и контакты геркона представляют со- .

Щ бой один элемент и обозначены оди наково - цифрой 11.

Работа схемы заключается в следующем. При подаче сетеэого напряжения (220, 380 B) на вход аппара

15 та схема управления получает питание. С этого момента выпрямитель

1 на выходе имеет напряжение, достаточное для.запуска схемы. Тиристорный коммутатор 2, собранный по известной схеме, находится в выключейном состоянии. Однако вследствие наличия защитной RC-цепочки, состоящей из резистора 3 и конденсатора переменной емкости 4, во вторичной обмотке сварочного трансформатора 5 наводится ЭДС, величина ко. торой задается параметрами элемея" тов 3 и 4, а выбирается из условий требований правил безопасности т.е.. не более 12 В, >

При касании электродоМ б свариваемого предмета 7 во вторичной обмотке импульсного трансформатора

8 появляется напряжение, достаточное для отпирания оптрона 9. Пас35 ледний включается и через конденса" тор 10 подает питание на катушку геркона 11. Он мгновенно срабатывает и включает тнристорный коммутатор, Таким образом, подается

40 номинальное напряжение холостого хода на электрод б, в результате чего становится возможным нормальный процесс сварки. Однако кондея" сатор 10 через некоторое-время заря45 дится и катушка геркона ll обесточнтся, Еслй электрод б имел только случайное или кратковременное целенаправленное касание, то снова в цепи сварки установится ограни® ченное напряжение. Если же электрод б нЕ будет отведен от свариваемоГо предмета, то тогда s работу вступает трансформатор тока 12,который дополнительно питает катушку 11.8 этом случае катушка будет питаться от трансформатора тока 12 в течение всего времени процесса сварки.

В выйрямйтеле 13 содержится реактивный элемент (накопитель энергии) конденсатор, соединеннйй по извест-.

60 ной схеме. его емкость выбрана так, что после прерывания сварочного то- . ка в катушке ll еще некоторое время протекает ток разряда указанного конденсатора, в результате чего обеспе

65 чивается выдержка времени до 0,5 еек, 647076

I и течение которого на электроде áóдет обеспечено напряжение 60-65 В.

По истечении этого интервала времени напряжение автоматически снизится до 12 В вследствие выключения тиристорного коммутатора 2.. Задержка 0,5 сек необходима для обеспечения бесперебойной работы сэарщика при случайных отскоках электрода.

Таким образом, наличие двухстороннего питания релейного элемента (в нашем случае, геркона ll), осу.ществляющего управление тиристориым коммутатором, позволяет получать

:устойчивую электрическую дугу как .. при кратковременных, так и при длительных процессах сварки. Тиристориый коммутатор и остальные быстродействующие элементы схемы применены именно с целью возможности осуществления сварки при кратковременном наличии контакта.

Из описания работы устройства видно, что для его стабильной pa6o-. ты йе предъявляются определенные требования к величине сопротивления

-в месте контакта электрода и свариваемого предмета, которое в из-, вестных устройствах специально оговаривается и не должно превышать

20 ом. Кроме того, имеется возмож.ность ограничения напряжения холостого хода ниже требуемых 12 В, а время включения составляет менее

3 мсек (время срабатывания геркона), в известных устройствах оно находится.в пределах 0,2 сек.

Предложенное устройство изготов лено по прилагаемой принципиальной схеме, экспериментальнйй образец нашел применение в угольной промнш. ленности - для сварки s шахтных стволах, где имеет место большая сырость, капеж воды и сильно заржав лены свариваемые детали.

Путем многокра-ного Осциллографи,рования исследованы процессы, проис:ходящие в различнйх режимах сварки.

-Следует отметить, что конструк-тивно все элементы выполнены в виде небольшого переноснОгО аппарата, который подключается к серийно.вы. пускаемым передвижным сварочным трансформаторам с йомощью 3 - силовых клемм, выведенных на лицевую панель, При этом тип сварочного трансформатора и расположение реактора 14 с точки зрения работоспособности уст- ройства не имеет значения.

Изобретение позволяет обеспечить

5 условия техники безопасности при сварке в Особо опасных условиях и повысить чувствительность устройстha при включении.

Устройство для ограничения напряжения холостого хода сварочного д5 трансформатора, содержащее тнристорный коммутатор, шунтированный сопро" тивлением, включенный последовательно с первичной обмоткой сэарочиого трансформатора, схему управления коммутатором на основе релейного элемента, вспомогательные источники постоянного напряжения, один из которых подключен непосредственно к сети, а другой - iso вторичной обмотке трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в цепь вторичной обмотки сварочного трансформатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью по-. вышения чувствительности при включении устройства независимо от переходного сопротивленйя электрод-деталь, последовательно с вторичной обмоткой сварочного трансформатора подключен импульсный тарнсформатор, а s цепи

35 обоих источников установлены последовательно соединенные оптрон и емкость конденсатора, зашунтированного резистором, причем входная цепь оптрона подключена к вторич40 ной обмотке импульсного трансформатора, а выходная - через указанные емкость и резистор - к релейному элементу, также подсоединенному к обоим источникам.

Источники информации, принятые во внимание цри Экспертизе .1. Рожанский З.Е. и др. Автомат АБРТ-4, 91 2. Журнал - Безопасность труда

Режим холостого хода трансформатора

Одно из наиболее используемых электротехнических устройств – трансформатор. Данное оборудование используется для изменения величины электрического напряжения. Рассмотрим особенности режима холостого хода трансформатора, с учётом правил определения характеристик для различных видов устройств.

Трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, расположенных на сердечнике. При подаче напряжения на входную катушку, образуется магнитное поле, индуцирующее ток на выходной обмотке. Разница характеристик достигается, благодаря различному количеству витков в катушках входа и выхода.

Принцип работы трансформатора

Что такое режим холостого хода

Под режимом холостого хода понимают состояние устройства, при котором во время подачи переменного электротока на входную катушку выходная находится в разомкнутом состоянии. Данная ситуация характерна для агрегата, подключённого к электросети, при условии, что нагрузку к выходному контуру ещё не включили.

Режим короткого замыкания

В процессе эксперимента можно найти:

электроток холостого хода (замеряется амперметром) – обычно его значение невелико, не больше 0,1 от номинального показателя тока первой обмотки;
мощность, теряемую в магнитопроводе прибора(или другими словами потери в стали);
показатель трансформации напряжения – примерно равен значению в первичной цепи, деленному на таковое для вторичной (оба значения – данные вольтметров);
по результатам замеров силы тока, мощности и напряжения первичной электроцепи можно высчитать коэффициент мощности: мощность делят на произведение двух других величин.

Как проводится опыт холостого хода

При проведении опыта холостого хода появляется возможность определить следующие характеристики агрегата:

коэффициент трансформации;
мощность потерь в стали;
параметры намагничивающей ветви в замещающей схеме.

Для опыта на устройство подаётся номинальная нагрузка.

При проведении опыта холостого хода и расчёте характеристик на основе данной методики необходимо учитывать разновидность устройства.

В данном состоянии трансформатор обладает нулевой полезной мощностью по причине отсутствия на выходной катушке электротока. Поданная нагрузка преобразуется в потери тепла на входной катушке I02×r1 и магнитные потери сердечника Pm. По причине незначительности значения потерь тепла на входе, их в большинстве случае в расчёт не принимают. Поэтому общее значение потерь при холостом ходе определяется магнитной составляющей.

Далее приведены особенности расчёта характеристик для различных видов трансформаторов.

Для однофазного трансформатора

Опыт холостого хода для однофазного трансформатора проводится с подключением:

вольтметров на первичной и вторичной катушках;
ваттметра на первичной обмотке;
амперметра на входе.

Приборы подключаются по следующей схеме:

Для определения электротока холостого хода Iо используют показания амперметра. Его сравнивают со значением электротока по номинальным характеристикам с использованием следующей формулы, получая итог в процентах:

Iо% = I0×100/I10.

Чтобы определить коэффициент трансформации k, определяют величину номинального напряжения U1н по показаниям вольтметра V1, подключённого на входе. Затем по вольтметру V2 на выходе снимают значение номинального напряжения U2О.

Коэффициент рассчитывается по формуле:

K = w1/w2 = U1н/ U2О.

Величина потерь составляет сумму из электрической и магнитной составляющих:

P0 = I02×r1 + I02×r0.

Но, если пренебречь электрическими потерями, первую часть суммы можно из формулы исключить. Однако незначительная величина электрических потерь характерна только для оборудования небольшой мощности. Поэтому при расчёте характеристик мощных агрегатов данную часть формулы следует учитывать.

Потери холостого хода для трансформаторов мощностью 30-2500 кВА

Для трёхфазного трансформатора

Трёхфазные агрегаты испытываются по аналогичной схеме. Но напряжение подаётся отдельно по каждой фазе, с соответствующей установкой вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Можно провести опыт с одним прибором, подключая его в необходимые точки поочерёдно.

При номинальном напряжении электротока обмотки более 6 кВ, для испытания подаётся 380 В. Высоковольтный режим для проведения опыта не позволит добиться необходимой точности для определения показателей. Кроме точности, низковольтный режим позволяет обеспечить безопасность.

Применяется следующая схема:

Работа аппарата в режиме холостого хода определяется его магнитной системой. Если речь идёт о типе прибора, сходного с однофазным трансформатором или бронестержневой системе, замыкание третьей гармонической составляющей по каждой из фаз будет происходить отдельно, с набором величины до 20 процентов активного магнитного потока.

В результате возникает дополнительная ЭДС с достаточно высоким показателем – до 60 процентов от главной. Создаётся опасность повреждения изолирующего слоя покрытия с вероятностью выхода из строя аппарата.

Предпочтительнее использовать трехстержневую систему, когда одна из составляющих будет проходить не по сердечнику, с замыканием по воздуху или другой среде (к примеру, масляной), с низкой магнитной проницаемостью. В такой ситуации не произойдёт развитие большой дополнительной ЭДС, приводящей к серьёзным искажениям.

Для сварочного трансформатора

Для сварочных трансформаторов холостой ход – один из режимов их постоянного использования в работе. В процессе выполнения сварки при рабочем режиме происходит замыкание второй обмотки между электродом и металлом детали. В результате расплавляются кромки и образуется неразъёмное соединение.

После окончания работы электроцепь разрывается, и агрегат переходит в режим холостого хода. Если вторичная цепь разомкнута, величина напряжения в ней соответствует значению ЭДС. Эта составляющая силового потока отделяется от главного и замыкается по воздушной среде.

Чтобы избежать опасности для человека при нахождении аппарата на холостом ходу, значение напряжения не должно превышать 46 В. Учитывая, что у отдельных моделей значение данных характеристик превышает указанное, достигая 70 В, сварочный агрегат выполняют со встроенным ограничителем характеристик для режима холостого хода.

Блокировка срабатывает за время, не превышающее 1 секунду с момента прерывания рабочего режима. Дополнительная защитная мера – устройство заземления корпуса сварочного агрегата.

Видео: измерение тока холостого хода

Меры по снижению тока холостого хода

Ток при нахождении трансформатора в режиме холостого хода возникает, благодаря конструктивным особенностям сердечника. Для ферромагнитного материала, попавшего в электрическое поле переменного тока, характерно наведение вихревых индуктивных токов Фуко, вызывающих нагревание данного элемента.

Чтобы снизить вихревые токи, сердечник изготавливают не в виде цельной детали, а набирают из пакета пластин небольшой толщины. Между собой пластины изолируются. Дополнительная мера – изменение свойств самого материала, позволяющее увеличить порог магнитного насыщения.

Чтобы не допустить разрыва магнитного потока с возникновением поля рассеивания, пластины тщательно подгоняют в процессе набора. Отдельные элементы шлифуют, с получением гладкой, идеально прилегающей поверхности.

Также потери снижаются за счёт более полного заполнения окна магнитопровода. Это позволяет обеспечить оптимальные показатели массы и габаритов агрегата.

Холостой ход трансформатора – режим, при котором можно рассчитать важные характеристики. Это проводится для оборудования, находящегося в эксплуатации и на стадии проектирования.

Что такое сварочный трансформатор

Сварочный трансформатор – трансформатор, получивший широкое применение в производственной сфере и в быту для электродуговой сварки. Рассмотрим особенности конструкции сварочных трансформаторов, принцип их работы и разновидности данного оборудования.

Особенности конструкции сварочного трансформатора

Данный агрегат комплектуется следующими элементами и узлами:

Параметры силы электротока не зависят от конструкции сердечника. Но данный узел необходим для возбуждения магнитного потока и комплектуется из пакета пластин, изготовленных из трансформаторной стали.

Изготовление сердечника в виде цельного элемента нецелесообразно по причине большого количества потерь в величине магнитного поля за счёт образования вихревых токов, снижающих индукцию.

Чтобы агрегат работал тихо, важно плотно стянуть пакет пластин, исключив вибрацию между ними в процессе эксплуатации трансформатора.

Различные аппараты могут конструктивно различаться, исходя из предназначения и рабочих характеристик, на которые рассчитан трансформатор.

На чём основан принцип работы

Функционирование агрегата происходит следующим образом:

на катушку входа подаётся электроток, создаётся магнитное поле и электродвижущая сила, замыкаемая на сердечнике;
в результате на вторичной обмотке наводится свой магнитный поток и электрический ток;
различие в количестве витков обмоток изменяет параметры тока, позволяя достигнуть характеристик, обеспечивающих расплавление металла.

Для сварочных работ применяется трансформатор понижающего типа, у которого на входной катушке(первичной обмотке) количество витков превышает выходную(вторичную обмотку).

Принцип работы трансформатора

Сила выходного электротока может регулироваться за счёт подвижной конструкции устройства – путём увеличения или уменьшения зазора между катушками входа и выхода. При раздвижении катушки ток снижается, приближение вызывает увеличение указанной характеристики. Регулирование выполняется вращением рукоятки.

Величина тока подбирается, исходя из толщины и марки свариваемого металла, расположения сварочного шва. Чем толще свариваемые листы металла, тем больше потребуется создать величину тока на выходной катушке аппарата.

Соотношение величины тока с диаметром электрода и толщиной свариваемого металла

Холостой режим

Агрегат может функционировать в двух режимах:

В процессе сварки создаётся сварочная дуга, соединяющая посредством электрода обмотку на выходе со свариваемым металлом. Мощный сварочный электроток расплавляет свариваемый металл и создаёт неразъёмное соединение. После окончания сварки происходит вторичная цепь размыкается, и трансформатор переходит на холостой ход.

Во входной катушке возникают электродвижущие силы двойного происхождения:

благодаря созданию магнитного поля при работе устройства;
посредством рассеивания – часть из них отделяется от ЭДС на сердечнике и образуют электроток холостого хода.

Конструкция агрегата выполняется таким образом, чтобы величина напряжения на холостом ходу не представляла опасности для здоровья человека, выполняющего работы с помощью трансформатора.

Значение напряжения на холостом ходу ограничивается 48 В, в некоторых случаях допускается величина до 70 В. В целях безопасности устанавливается ограничивающее устройство, снижающее величину напряжения при превышении указанного значения, работающее в автоматическом режиме.

Дополнительная защита обеспечивается за счёт выполнения заземления аппарата.

Особенности схемы и модификации аппарата

Кроме стандартных устройств, в сварочном трансформаторе могут применяться дополнительные элементы, совершенствующие конструкцию агрегата. Схема может выполняться с использованием:

нескольких катушек на выходе;
конденсаторов;
импульсных стабилизаторов;
тиристорных преобразователей.

Схема может дополняться резисторами, регулирующими силу тока, если изменение расстояния между катушками не позволяет добиться необходимых характеристик. Эти элементы могут потребоваться, если предполагается сварка тонкого металла, или мощность оборудования чрезмерно велика.

Особенности расчёта трансформаторов для сварки

Понижение характеристик тока обеспечивается расчётом количества витков на первичной и вторичной обмотках. Параметры напряжения на выходе понижаются относительно входного на величину от 10 до 100 раз.

Чтобы обеспечить необходимые характеристики, число витков на обмотках должно быть тщательным образом рассчитано. Величина погрешности допускается в пределах 3 %.

Каждый аппарат характеризуется собственной величиной коэффициента трансформации, определяемом как частное величины силы тока на входе и выходе. Учитывая расчётные данные, создаётся оборудование с характеристиками, в зависимости от предполагаемых режимов работы и параметров сварочных соединений.

Расчёт выполняется с учётом следующих характеристик и нюансов:

эксплуатационных показателей – типа подключённой электросети, регулировочного диапазона, фактической мощности, продолжительности непрерывной работы;
диаметра электрода, на который рассчитан аппарат;
условий эксплуатации;
коэффициента полезного действия агрегата.

Отдельные характеристики из указанных взаимосвязаны между собой.

Разновидности сварочных трансформаторов

Данное оборудование выпускается различных типов, исходя из условий эксплуатации и назначения. Аппараты могут различаться следующими характеристиками:

массой и габаритными размерами – от компактных моделей, переносимых на наплечном ремне, до промышленных агрегатов, перемещаемых на колёсах или грузоподъёмными механизмами;
величиной напряжения на холостом ходу – в диапазоне от 48 до 70 В;
силой тока в пределах от 50 до 400 А. На масштабных производствах могут использоваться модели с величиной данной характеристики до 1000 А;
количества фаз электрической сети – модели с одной и тремя фазами;
подачей электротока – непрерывно или импульсно;
диаметром электродов, на использование которых рассчитан аппарат – от 2 до 6 мм.

Современная промышленность выпускает множество разновидностей сварочных трансформаторов. Бытовой потребитель может подобрать изделие, исходя из особенностей предполагаемой эксплуатации и учитывая ценовую политику производителя.

Цены на бытовые модели сварочных трансформаторов колеблются в пределах от 4 до 20 тысяч рублей, в зависимости от характеристик и изготовителя. Выбор потребителя зависит от его финансовых возможностей и назначения устройства.

Сварочные трансформаторы – оборудование, незаменимое в быту и промышленной сфере. С помощью данных агрегатов можно получать надёжное и неразъёмное соединение, без особенных усилий и сложностей. Ценовая доступность позволяет бытовому пользователю приобрести аппарат для использования в домашних условиях, а в устройстве и принципе работы разобраться не составит особенного труда.

Возможные неисправности

Как выбрать сварочный трансформатор

При выборе оборудования, необходимо учитывать поставленные задачи и, исходя из этого, приобретать модель. Производятся приборы следующих классов:

бытовые – для незначительных по объему работ в домашних условиях. Предполагает эксплуатацию в течение до 10 мин., после чего требуется перерыв. Величина сварочного тока не превышает 200 А;
профессиональные – применяется при выполнении ремонтов конструкций и рассчитан на продолжительную работу. Показатели сварочного тока – от 200 до 300 А;
промышленные – используются на производстве. Предполагают возможность непрерывной эксплуатации в течение суток с незначительными паузами. Производятся со сварочным током от 250 до 500 А.

Кроме класса и величины тока при выборе аппарата следует учитывать номинальное напряжение, на которое он рассчитан. Бытовые сети предполагают величину напряжения 220 В, с возможностью отклонения в ту или иную сторону до 15 процентов.

Еще один важный фактор – стоимость. Каждый должен выбирать, исходя из цены, зависящей от перечисленных ранее критериев и политики изготовителя.

Сварочные трансформаторы – оборудование, незаменимое в быту и промышленной сфере. С помощью данных агрегатов можно получать надежное и неразъемное соединение, без особенных усилий и сложностей. Ценовая доступность позволяет бытовому пользователю приобрести аппарат для использования в домашних условиях, а в устройстве и принципе работы разобраться не составит особенного труда.

Как сделать сварочный трансформатор своими руками

Сварочный трансформатор: устройство и принцип действия

Для выполнения сварочных работ вы выбрали самый простой, из ныне существующих (по сравнению с выпрямителем или инвертором), источник сварочного тока. И правильно поступили!

Ведь, не так давно сварщики пользовались только аналогичным оборудованием, и всё у них получалось. А мы чем хуже? Чтобы использовать все возможности этого гаджета, необходимо знать его устройство и принцип действия.

В помощь вам, мы расскажем про устройство сварочного трансформатора, принцип его действия и некоторые технологические секреты.

Устройство сварочного трансформатора

Рассмотрим подробнее сварочный трансформатор: устройство и принцип действия. Регулировка тока в сварочном трансформаторе (далее – СТ) осуществляется по двум основным схемам:

В первом случае, применяется трансформатор с нормальным рассеянием магнитного поля, которое осуществляется совмещённым или отдельным дросселем. Непосредственно сама регулировка сварочного тока производится изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя;
Во втором случае, регулировка гаджета осуществляется за счет управления рассеянием магнитного поля. Этот процесс может осуществляться следующими методами:

изменением размеров воздушного промежутка между первичной и вторичной обмотками;
согласованным изменением числа витков первичной и вторичной обмоток;
применением подмагничиваемого шунта. Он изменяет магнитную проницаемость между стержнями магнитопровода, чем и осуществляется регулировка сварочного тока.

Конструкция и органы управления однопостовым сварочным трансформатором с подвижными обмотками (т. е. работающим по первой схеме) приведены на рисунке.

Магнитопровод с катушками и механизмами помещается в защитный кожух, который имеет жалюзи для охлаждения. Регулировка величины сварочного тока в таком СТ осуществляется с помощью подвижной обмотки, которая перемещается посредством ходовой гайки и вертикального винта с ленточной резьбой. В движение последний приводится при помощи рукоятки.

Сварочные провода подключаются к специальным зажимам. СТ представляет собой массивную конструкцию (очень тяжёлый сердечник). Поэтому, для погрузо-разгрузочных работ, он оснащён рым-болтом, а для перемещения по рабочему объекту – транспортной тележкой и ручкой.

[tip]Если собираетесь делать данное устройство своими руками, то вот подробная статья на эту тему.[/tip]

Принцип действия

Чтобы понять принцип работы СТ, давайте, хотя бы в самых общих чертах, рассмотрим физические процессы, происходящие в однофазном двухобмоточном трансформаторе. Для иллюстрации этих процессов воспользуемся рисунком.

Электромагнитная схема такого трансформатора состоит из двух обмоток (первичная и вторичная), размещенных на замкнутом магнитопроводе. Последний выполнен из ферромагнитного материала, что позволяет усилить электромагнитную связь между этими обмотками. Происходит это за счёт уменьшения магнитного сопротивления контура (замкнутой цепи), по которому проходит магнитный поток трансформатора (Ф).

Первичную обмотку подключают к источнику переменного тока, вторичную – к нагрузке. При подключении к источнику электропитания, в первичной обмотке появляется переменный ток i1. Этот электрический ток создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные электродвижущие силы (далее – ЭДС): е1 и е2.

Эти ЭДС, согласно закону Максвелла, пропорциональны числам витков N1 и N2 соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt. Если пренебречь падением напряжения в обмотках трансформатора (они обычно не превышают 3…5 % от номинальных значений U1 и U2), то можно считать: e1≈U1 и e2≈U2. Тогда, путём несложных математических преобразований, можно получить связь между напряжениями и количеством витков обмоток: U1/U2 = N1/N2.

Таким образом, подбирая числа витков обмоток (при заданном напряжении U1) можно получить желаемое напряжение U2:

при необходимости повысить вторичное напряжение — число витков N2 берут больше числа N1. Такой трансформатор называют повышающим;
при необходимости уменьшить напряжение U2 — число витков N2 берут меньшим N1. Такой трансформатор называют понижающим.

Теперь мы можем, непосредственно, рассмотреть принцип действия СТ. Как сказано выше, он заключается в преобразовании входного напряжения (220В или 380В) в более низкое, которое в режиме холостого хода равно примерно 60В. Когда мы рассматриваем сварочный трансформатор, принцип работы будет очевиден после знакомства с компоновкой и функциональной схемой СТ.

Компоновка узлов СТ (в качестве примера предлагается агрегат серии «ТДМ») представлена на рисунке.

Пояснения к схематическому изображению сварочного трансформатора:

1 — первичная обмотка трансформатора. Выполнена из изолированного провода;
2 — вторичная обмотка не изолирована («голая» проволока) для улучшения теплопередачи. Кроме того, для улучшения охлаждения имеются воздушные каналы;
3 — подвижная часть магнитопровода;
4 — система подвеса трансформатора внутри корпуса агрегата;
5 — механизм управления воздушным зазором;
6 — ходовой винт. Основной элемент управления воздушным зазором;
7 — рукоятка привода ходового винта.

Функциональная схема такого СТ представлена на рисунке.

Трансформатор состоит из:

магнитопровода с зазором б;
первичной обмотки I;
вторичной обмотки II;
обмотки реактивной катушки IIк.

Регулировка величины сварочного тока осуществляется изменением величины зазора в магнитопроводе. Размер зазора влияет на изменение магнитного сопротивления контура и, соответственно, величину магнитного потока, который и создаёт в обмотках электрический ток:

при необходимости уменьшить величину сварочного тока — величину зазора увеличивают;
при необходимости увеличить величину сварочного тока — величину зазора уменьшают.

Полезное видео

Посмотрите небольшой обучающий ролик об устройстве и принципе действия трансформатора:

Магнитопровод

[note]Магнитопровод – это центральная часть конструкции СТ. Он является сердечником понижающего трансформатора и играет основную роль в формировании сварочного тока. По нему протекает магнитный поток, который индуцирует (создаёт) электрическое напряжение на всех обмотках.[/note]

Магнитопровод сварочного трансформатора представляет собой пакет пластин из трансформаторной стали. Вызвано это тем, что под воздействием магнитного потока в нём наводятся вихревые замкнутые электрические токи (в честь французского физика, их открывшего, названы: токи Фуко). В соответствии с правилом Ленца, магнитное поле этих токов стремиться уменьшить индукцию поля его создавшего, т. е. полезного. В результате:

уменьшается КПД СТ;
токи Фуко нагревают материал сердечника.

Для уменьшения этого влияния принимаются меры по уменьшению этих токов. Поэтому, как было сказано выше, магнитопровод и представляет собой пакет пластин. Поверхности пластины имеют хорошую электроизоляцию (они имеют оксидное изоляционное покрытие) и, кроме этого, часто дополнительно покрываются электроизолирующим лаком. Благодаря этому, они не представляют собой сплошной проводник, что существенно уменьшает величину токов Фуко.

Пластины между собой стягиваются шпильками в плотный пакет. Если этого не сделать (или стянуть неплотно), то они вибрируют с частотой колебаний тока в источнике питания: 50 Гц. В результате, СТ «гудит» с такой частотой.

Ограничитель холостого хода

Ограничитель напряжения холостого хода СТ применяется, в соответствии со своим наименованием, для автоматического ограничения этого параметра. Он уменьшает индуцированную при размыкании вторичной обмотки ЭДС до безопасного значения не позже, чем через одну секунду после разрыва сварочной цепи. На картинке изображена популярная модель ограничителя напряжения холостого хода однофазных сварочных трансформаторов «ОНТ-1».

Принцип действия ограничителя следующий. Мы уже знаем, что в случае разрыва сварочной цепи, резко изменяется величина магнитного потока в магнитопроводе. Это, в свою очередь, приводит к резком скачку ЭДС самоиндукции. Резкий рост величины электрического напряжения может стать причиной аварии СТ или поражения током сварщика. Ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора уменьшает эту ЭДС до безопасного значения — не более 12 В.

Смотрите больше информации про сварочные трансформаторы здесь.[/help]

Читайте также: