Сварочный трансформатор представляет собой оборудование, применяемое для дуговой ручной и прочих видов сварки. В зависимости от модели, технических характеристик существуют бытовые и промышленные разновидности. Сварочный выпрямитель или трансформатор преобразует электричество сети до требуемого значения. В состав аппарата входит несколько основных узлов. Их совместное действие образует электрическую дугу. Она плавит металл, соединяя детали сварным швом.

Конструкция

Устройство сварочного трансформатора достаточно простое. У многих мастеров получается собрать аппарат самостоятельно. Трансформатор с простейшей конструкцией для сварочного аппарата работает при подключении к однофазной сети. Он имеет три основных элемента:

• магнитопривод (сердечник);
• первичную стационарную обмотку;
• вторичную движущуюся обмотку.

Магнитоприводом выступает элемент из ферромагнитной стали с замкнутым контуром. Первичная обмотка подключается к сети, а вторичная – на массу и держатель электрода. Сопротивление контура понижается, их электромагнитная связь повышается.

Более совершенные конструкции имеют в своем составе дроссель и прочие дополнительные элементы.

Принцип работы

Принцип работы сварочного трансформатора заключается в постепенном понижении напряжения до уровня 60-80В и одновременном повышении силы тока до 40-500 А. Прибор при эксплуатации чаще всего поддерживает переменный ток. Однако есть и другие разновидности, выдающие постоянный электрический поток. Их называют выпрямителями.

Работа оборудования происходит по единому принципу. При подключении напряжения по первичному контуру проходит переменный ток. Он создает магнитный поток. В обеих обмотках индуцируется электродвижущая сила. Ее можно соотнести с количеством витков обмотки.

Например, первая обмотка имеет 100 витков, а вторая – 5. Коэффициент трансформации в этом случае равен 100:5 = 20. Если это оборудование подключить к бытовой сети, на выходе получится напряжение 220:20 = 11В.

Чтобы поменять нагрузку, сварщики меняют зазор магнитопривода. При его увеличении сила тока уменьшается. И, наоборот. Чтобы подобрать необходимое значение напряжения для сварки, определяется требуемое количество витков вторичной обмотки.

Составные элементы

Устройство сварочного трансформатора позволяет понизить напряжение и увеличить силу тока для проведения процесса плавления металла. Определение этих показателей производится при создании и настройке аппарата. Для осуществления оборудованием установленных функций, сварочные трансформаторы включают в себя определенный набор комплектующих. Помимо магнитопривода и двух обмоток в состав конструкции входят:

• винт вертикальный с лентовидным типом резьбы;
• рукоятка для его вращения;
• ходовая гайка винта;
• система подвеса (защищает от повреждений);
• зажимы для крепления и вывода проводов;
• корпус с вентиляционной решеткой.

В некоторых сварочных трансформаторах с переменным значением тока могут применяться дополнительные элементы, облегчающие работу мастера.

Дополнительные узлы

Сварочные трехфазные и однофазные трансформаторы и выпрямители могут иметь несколько дополнительных узлов. Они позволяют усовершенствовать работу прибора. Такими узлами могут быть:

• конденсаторы;
• дополнительные вторичные обмотки;
• импульсные стабилизаторы;
• тиристорные фазорегуляторы.

Агрегат бывает с подвижным шунтом. Расстояние между обмотками меняется не за счет движения вторичной обмотки, а при помощи дополнительной детали. Шунт будет менять расстояние зазора. Также наличие особой секционной обмотки, устроенной по другому принципу, способствует регулировке напряжения.

Промышленный или бытовой сварочный трансформатор иногда нуждается в дополнительном сопротивлении. Мастеру предоставляется возможность продолжить регулировку. Дополнительные возможности появляются без процесса разведения обмоток. Мастер при помощи такого прибора сможет сварить очень тонкие или толстые листы металла.

Сопротивление может быть выполнено в виде отдельного корпуса. В нем установлен набор контакторов. Эти элементы задают требуемое значение сопротивления.

Разновидности

Устройство и принцип действия промышленного или бытового сварочного трансформатора определяют его технические характеристики. Существуют разные принципы классификации аппаратуры. По назначению выделяют однопостные и многопостные устройства. В первом случае прибор предназначен для бытового применения. Он установлен в инверторах мощностью 3-10 кВт. Бытовая сеть не рассчитана на применение аппарата мощностью более 10 кВт.

Многопостные приборы имеют сложную конструкцию. Их применяют в профессиональных, промышленных аппаратах с мощностью от 10 кВт и выше. Такой прибор может обслуживать одновременно несколько рабочих мест.

По фазному признаку различают трехфазный и однофазный сварочный трансформатор. Бывают приборы, способные переключаться на разное напряжение сети. Для бытового применения подходят однофазные агрегаты (220 В), а для промышленного требуется трехфазное оборудование (380 В). Этот признак определяет нагрузку на выходе. Трехфазным прибором можно сварить толстые детали. Однофазным моделям это не под силу.

Типы конструкции

Классификация сварочных трансформаторов происходит также по принципу устройства конструкции. Выделяют три основные группы:

1. Аппаратура с номинальным магнитным рассеиванием. Она имеет дроссель для регулировки выходного напряжения.
2. Оборудование с увеличенным показателем магнитного рассеивания. Имеет сложную конструкцию. Она включает в себя несколько подвижных обмоток, импульсный стабилизатор и конденсатор. Также могут присутствовать другие компоненты.
3. Тиристорные типы сварочных трансформаторов. Они имеют соответствующее устройство фазорегулятора. Приборы тиристорного типа характеризуются относительно малым весом.

Представленную классификацию имеют аппараты переменного тока. Существуют модели постоянного тока. Они имеют большие габариты, более сложное устройство. В их составе есть выпрямитель.

Такие модели стабильнее, удобнее в работе. Назначение сварочного трансформатора, который функционирует при постоянном токе, в этом случае определяется как промышленное. Оборудование позволяет мастеру работать с цветными металлами и нержавейкой. Стоимость подобных приборов достаточно высокая. Поэтому сварочные трансформаторы этого типа применяются исключительно в профессиональных целях. Для бытовых нужд вполне подходят устройства переменного тока.

Холостой ход

Сварочные трансформаторы функционируют в режиме нагрузки и на холостом ходу. В процессе создания шва, между электродом и заготовкой замыкается вторичная обмотка. Электричество плавит металл, соединяя две части детали в единую конструкцию. Когда шов создан, вторичная цепь размыкается. Сварка окончена, агрегат переходит в режим холостого хода.

Электродвижущие силы (ЭДС) сначала образуются из-за созданного магнитного поля. Далее они поддерживаются путем рассеивания. Они ответвляются от главного потока в магнитоприводе.

ЭДС замыкаются между витками катушки в воздушном пространстве. Они и образуют показатели холостого напряжения. Он считается безопасным для жизни мастера. Холостой ход ограничивается показателем 48 В. В некоторых моделях это значение увеличено до 70 В. Если показатели холостого хода превышают установленное значение, необходимо применять автоматическое ограничение. Оно срабатывает сразу после прекращения сварки. Также корпус агрегата должен иметь заземление. Это способствует увеличению безопасности работы мастера.

На что обращать внимание при выборе?

Выбирая сварочные трансформаторы, следует обратить внимание на главные технические характеристики. К ним относят следующее:

• Напряжение сети. Показатель должен соответствовать указанному производителем значению (220 или 380 В).
• Диапазон регулирования. Чем шире пределы, тем больше возможностей предоставляется сварщику. Можно выбрать электроды разного диаметра. Бытовые разновидности характеризуются диапазоном регулирования от 50 до 200 А.
• Номинальный ток. Профессиональные устройства выдают около 1000 А, а бытовые – до 100 А.
• Рабочее напряжение. На выходе из устройства для дуговой сварки должно определяться номинальное значение 30-70В.
• Продолжительность сварки. Показатель определяет, сколько агрегат сможет работать непрерывно. Бытовые модели выполняют непрерывную сварку около 15-20 мин., а профессиональные – несколько часов.
• Напряжение на холостом ходу. Показатель не должен превышать границы 70 В.
• Потребляемая мощность. Чем выше этот показатель, тем эффективнее работает оборудование. Однако надо учитывать возможности бытовой сети. Слишком большая нагрузка может быть недопустимой.

При выборе необходимо учитывать, для каких целей приобретается оборудование. В этом случае получится купить агрегат с оптимальными показателями по приемлемой цене.

Возможные неисправности

Сварочные трансформаторы могут выходить из строя по нескольким причинам. В большинстве случаев ремонт можно произвести самостоятельно. Для этого необходимо определить причину поломки.

Чаще всего аппарат для сварки выходит из строя при замыкании в цепи. Оно происходит между элементами конструкции. Замыкание вызывает отключение аппарата. Чтобы возобновить работу агрегата, необходимо его разобрать. Неисправный элемент потребуется заменить. Чаще всего причиной такой поломки становится клеммная колодка или проходящая рядом с ней обмотка.

Второй причиной выхода аппарата из строя является перегрев. Он происходит, если устанавливается значение напряжения больше, чем рекомендовано производителем. Если подобная проблема появляется часто, перемотку потребуется частично или полностью заменить. Для этого приобретается провод с таким же диаметром сечения.

Если в процессе работы появился сильный шум, гудение, потребуется разобрать корпус. Причиной является ослабление зажима гайки или болта. Все соединения потребуется подтянуть.

После проведения ремонта работу оборудования тестируют. Если все в порядке, можно приступать к сварке снова. Конструкция агрегата отличается простотой и надежностью. Поэтому поломки и сбои в его работе появляются редко.

Оборудование для сварки широко применяется как любителями, так и профессионалами. При помощи такого устройства можно соединять тонкие и толстые заготовки, листы из различных материалов посредством электрической дуги. В зависимости от назначения и условий применения аппаратуры, следует приобретать прибор с требуемыми техническими характеристиками.

Сварочные трансформаторы

К атегория:

Сварка металлов

Сварочные трансформаторы

Сварочные трансформаторы просты по устройству, отличаются малыми размерами и весом, имеют высокий к. п. д. Сварочные трансформаторы расходуют электроэнергии почти в 2 раза меньше по сравнению с агрегатами постоянного тока. К. п. д. сварочных трансформаторов достигает 85-90%.

Для получения падающей характеристики на электродах дуги включают последовательно с дугой в сварочную цепь необходимое сопротивление. По экономическим соображениям это сопротивление должно быть чисто индуктивным, с минимальной активной составляющей. Индуктивность вторичной цепи трансформатора можно увеличить включением последовательно с дугой индуктивного сопротивления дроссельной катушки, отделенной от трансформатора или объединенной с ним. Существуют конструкции трансформаторов, индуктивность вторичной цепи которых обеспечивает необходимую падающую характеристику.

Таким образом, можно выделить четыре следующие основные системы сварочных трансформаторов:
1) с отдельной дроссельной катушкой во вторичной цепи;
2) с дроссельной катушкой во вторичной цепи, конструктивно объединенной в одно целое с трансформатором;
3) с увеличенной индуктивностью без дроссельной катушки;
4) с подвижной обмоткой; при увеличении расстояния между первичной и вторичной обмотками трансформатора сварочный ток снижается, при уменьшении расстояния - повышается.

Рис. 1. Схемы сварочных трансформаторов

Рис. 2. Сварочный трансформатор СТЭ

Возможны, конечно, и другие способы регулирования трансформаторов, например путем секционирования обмотки и включения различного числа витков. Вилоизменяя основные схемы и объединяя элементы отдельных схем, образуют множество возможных систем и конструкций сварочных трансформаторов. Сварочные трансформаторы изготовляют обычно однофазными, сухими, с естественным воздушным охлаждением.

Рис. 3. Схема устройства регулятора РСТЭ

Примером трансформатора с отдельной дроссельной катушкой могут служить трансформаторы конструкции завода «Электрик» типа СТЭ . Комплектный сварочный аппарат состоит из трансформатора СТЭ и дроссельной катушки или регулятора РСТЭ , включаемого во вторичную цепь последовательно с дугой. Магнитопровод дроссельной катушки сделан разъемным. Подвижный сердечник магнитопровода может перемещаться вращением рукоятки регулятора. Перемещение подвижного сердечника меняет воздушный зазор магнитопровода и тем самым индуктивное сопротивление дросселя, а следовательно, и сварочный ток, так как меняется характеристика, отнесенная к электродам дуги. Величины воздушного зазора и сварочного тока контролируют по шкале указателя, скрепленного с подвижной частью магнитопровода. В первом приближении можно принять, что сварочный ток изменяется прямо пропорционально величине воздушного зазора магнитопровода дроссельной катушки.

Рис. 4. Регулятор РСТЭ

Трансформаторы СТЭ бывают нескольких типов, отличающихся лишь мощностью, и рассчитаны на сварочный ток 230-500 а для ПР 60%. Небольшие вес и габаритные размеры делают сварочные трансформаторы достаточно портативными. Трансформатор и дроссель перемещаются на роликах и снабжены ручками. В настоящее время трансформаторы заменены более совершенными конструкциями, но следует заметить, что на протяжении примерно 30 лет эти трансформаторы были основными источниками питания при ручной дуговой сварке.

Вторичное напряжение трансформаторов для ручной дуговой сварки с отдельной дроссельной катушкой составляет 60-65 в. Повышение вторичного напряжения сварочного трансформатора облегчает зажигание дуги и делает ее более устойчивой. С другой стороны, повышение вторичного напряжения увеличивает размеры, вес и стоимость трансформатора и дроссельной катушки, возрастает опасность поражения сварщика током. Снижение же напряжения ухудшает зажигание дуги и делает ее менее устойчивой. Напряжение 60-65 в, выбранное на основании многолетней практики, наиболее приемлемо для большинства случаев.

Дуговая сварка, в особенности ручная, создает прерывистую нагрузку для источника тока; за горением дуги следуют перерывы для смены электродов, зачистки швов и т. д. Режимом нагрузки определяется максимальный ток, который может быть получен без перегрева обмоток источника. Режим определяется коэффициентом ПР - прерывистой работы, представляющим собой отношение рабочего периода к продолжительности полного цикла работы, который не должен превышать 5 мин. ПР 100% означает горение дуги без перерывов. ПР 60% показывает, что в пятиминутном цикле дуга горит 3 мин, а перерывы в горении занимают 2 мин. Чем меньше ПР, тем больше максимально допустимая сила тока.

Примером сварочных трансформаторов, конструктивно объединенных в одно целое с дроссельной катушкой, могут служить трансформаторы СТН , предложенные акад. В. П. Никитиным еще в 1925 г. Трансформаторы СТН для ручной и автоматической сварки были рассчитаны на сварочные токи до 2000 а. В настоящее время производство этих трансформаторов прекращено.

Современные трансформаторы с увеличенным внутренним магнитным рассеянием без дроссельных катушек имеют пакеты рассеяния, набранные из трансформаторной стали, или подвижные обмотки трансформатора. Перемещая пакеты рассеяния, изменяют потоки рассеяния в трансформаторе. С увеличением потоков рассеяния сварочный ток уменьшается, с уменьшением - возрастает. В трансформаторах с подвижными обмотками, уменьшая расстояние между первичной и вторичной обмотками, увеличивают сварочный ток, и наоборот.

Рис. 5. Сварочный трансформатор СТШ -500

Рис. 6. Сварочный трансформатор ТД-500

Наиболее распространены трансформаторы для ручной дуговой сварки на номинальные сварочные токи 300 и 500 а. Примером современного трансформатора может служить трансформатор СТШ -500, разработанный Институтом электросварки им. Е. О. Патона (рис. 4). Его номинальный сварочный ток 500 а при ПР 60%, вторичное напряжение холостого хода 60 в, вес 220 кг. Плавное регулирование сварочного тока осуществляется посредством двух подвижных магнитных шунтов. Трансформатор обладает высокой надежностью в работе.

Аналогичный трансформатор ТД-500 (рис. 6), разработанный во внииэсо, имеет два диапазона регулирования сварочного тока:85-240 и 240-700 а. Номинальный сварочный ток 500 а при ПР 60%; вторичное напряжение холостого хода 76 в Для меньших и 60 в для больших токов; вес 210 кг. Несколько меньший по мощности трансформатор ТД-300 рассчитан на номинальный сварочный ток 300 а при ПР 60% с пределами регулирования 60- 400 а и двумя рабочими диапазонами с напряжениями 61 и 79 в; вес 137 кг. Расстояние между первичной и вторичной обмотками трансформаторов ТД-500 и ТД-300 регулируют вращением рукоятки на корпусе. Указанные трансформаторы достаточно компактны и транспортабельны, при наличии роликов легко перемещаются в заводских цехах.

Рис. 7. Сварочный трансформатор ТСП -2

Рис. 8. Конструкция сварочного трансформатора ТСП -2

В некоторых случаях необходимы не только передвижные, но и переносные сварочные трансформаторы. За счет экономного конструирования, применения лучших материалов и изоляции, допускающей более высокий нагрев, удалось создать легкие переносные сварочные трансформаторы для строительных, монтажных, ремонтных и тому подобных работ. Такой трансформатор ТСП -2, разработанный ВНИИЭСО , показан на рис. 7. Он рассчитан на прерывистую работу с ПР 20% и номинальный сварочный ток 300 а; напряжение холостого хода 62 в.

На рис. 8 показано устройство для раздвижения обмоток (как у трансформаторов ТД). Вес трансформатора ТСП -2 всего 65 кг. Существуют еще более легкие переносные трансформаторы. Например, трансформатор ВНИИЭСО ТДП -1 (номинальный сварочный ток 160 а ПР 20%) весит всего 38 кг, а трансформатор СТШ -250, разработанный Институтом электросварки им. Е. О. Патона (рис. 9), с номинальным сварочным током 250 а при ПР 20%, с напряжением холостого хода 60 в весит 40 кг. Кроме рассмотренных трансформаторов для ручной дуговой сварки, изготовляется большое количество сварочных трансформаторов специальных типов для автоматической дуговой сварки, дуговой сварки в защитных газах, электрошлаковой сварки и т. д. О некоторых специальных трансформаторох будет упомянуто дальше, при рассмотрении соответствующих видов сварки.

Существенным недостатком сварочных трансформаторов является низкий коэффициент мощности cos <р. Этот недостаток вызывается самим принципом устройства сварочного трансформатора, в котором падающая характеристика создается высокой индуктивностью цепи. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов берется не менее 60-65 в, а напряжение сварочной дуги обычно не превышает 20-30 в.

Рис. 9. Сварочный трансформатор СТШ -250

Рис. 10. Схема улучшения cos ф сварочного трансформатора

Коэффициент мощности может быть улучшен включением в сеть, питающую сварочные трансформаторы, емкостной нагрузки с опережающим углом ф, для чего удобнее всего параллельно к зажимам первичной обмотки каждого отдельного сварочного трансформатора присоединять конденсатор (рис. 10). Для каждого трансформатора при ручной сварке обычно достаточно небольшого конденсатора, который может быть встроен в кожух трансформатора.

Обшие требования к трансформаторам: напряжение холостого хода не должно превышать 80 В, регулирование тока должно осуществляться по возможности плавно.

Рис. 11. Электрическая схема сварочного трансформатора типа СТЭ : /, //, III - первичная, вторичная и реактивная обмотки; Л - подвижной пакет сердечника дросселя, S - воздушный зазор в сердечнике

Рис. 12. Электрическая схема сва-1 рочного трансформатора типа СТН : I, II, III - первичная, вторичная и ре-1 активная обмотки; П - подвижной пакет сердечника дросселя, S - воздушный зазор в сердечнике

В Советском Союзе применяются сварочные трансформаторы двух групп: I - с нормальным магнитным рассеянием и реактивной катушкой (дросселем); реактивная катушка может располагаться на отдельном магнитопроводе (трансформаторы типа СТЭ -сварочный трансформатор завода «Электрик») или на общем магнитопроводе (трансформаторы типа СТН - сварочный трансформатор В. П. Никитина); И -с увеличенным магнитным рассеянием (трансформаторы типов ТС - трансформатор сварочный, ТСК . - с конденсатором, ТД- трансформатор дуговой, СТАН - сварочный трансформатор Академии наук и СТШ - сварочный трансформа тор шунтовой).

Технические данные трансформаторов для ручной сварки при. водятся в табл. 50. Электрические принципиальные схемы транс, форматоров даны на рис. 12-14. Устройства, создающие падаю, щую вольт-амперную характеристику трансформатора, обеспечи. вают устойчивое горение дуги и регулирование сварочного тока Эти устройства представляют собой дроссель, магнитный шунт и механизм перемещения вторичной обмотки.

Рис. 13. Электрические схемы сварочных трансформаторов СТАН (а) и СТШ (б):

Рис. 14. Электрическая схема трансформатора типа ТСК :

Создание падающей вольт-амперной характеристики. Для зажигания дуги требуется повышенное напряжение по сравнению с напряжением дуги. Во вторичной обмотке сварочного трансформатора индуктируется постоянная электродвижущая сила. Она равна напряжению на зажимах сварочной цепи.

При нагрузке ток вторичной обмотки создает магнитный поток в сердечнике дросселя (или трансформатора). Этот магнитный, поток индуктирует э. д. с. самоиндукции или реактивную э. д. с. рассеяния. В обоих случаях это приводит к образованию индуктивного сопротивления в сварочной цепи и падению напряжения на дуге, т. е. к созданию падающей характеристики. Распределение э. д. с. источника питания в цепи показано на рис. 15 улучшение устойчивости горения дуги. В процессе перехода капли электродного металла на изделие происходит короткое замыкание.

Второй способ связан с применением электродных покрытий, имеющих особые технологические свойства. Такие покрытия еще не разработаны. При работе на сварочных токах более 250 А напряжение холостого хода может быть снижено и, следовательно, повышена устойчивость дуги.

Время перерыва можно уменьшить применением тока повышенной частоты. Этот способ иногда находит применение в сварочной практике. В этом случае пользуются преобразователями с генераторами повышенной частоты, например, типа ПС-100-1 с частотой тока 480 Гц. Время перерыва уменьшится во столько раз, во сколько раз увеличится частота тока и горение дуги становится устойчивым.

Сварочная дуга, горящая на переменном токе со значительной индуктивностью в цепи, не имеет перерывов, так как э. д. с. самоиндукции поддерживает ее горение. Для того чтобы величина э. д. с. самоиндукции была достаточной для поддержания горения дуги в момент снижения напряжения источника, необходим определенный угол сдвига фаз ф между током и напряжением. Устойчивое горение дуги на любых сварочных токах обеспечивается при cos ф = 0,35-0,6.

Регулирование сварочного тока. Изменение величины сварочного тока можно производить следующими способами:
- изменением величины вторичного напряжения холостого хода трансформатора секционированием числа витков первичной или вторичной обмоток;

Рис. 15. Схема образования внешней характеристики: 1 - напряжение во вторичной обмотке сварочного трансформатора, 2 - падающая характеристика источника питания, 3 - статическая характеристика дуги, 4 - точка устойчивого горения дуги U, U3 , ид - напряжение источника, зажигания, дуги; t - время; I - сила тока, Т - время полного периода синусоидального напряжения источника; -время обрыва дуги

Рис. 18. Кривые изменения напряжения и тока дуги при активном сопротивлении в цепи: U, U3 , Од - напряжение источника, зажигания, дуги; (I - сила тока. Т - бремя полного периода синусоидального напряжения источника, Ф - угол сдвига фаз между напряжением источника и током

Рис. 19. Кривые изменения напряжения и тока дуги при введении индуктивного сопротивления в Цепь:

Первый способ применяется лишь как дополнительный, например, для получения двух диапазонов тока, а также в трансформаторах с жесткой вольт-амперной характеристикой. Наиболее широко применяется второй способ - изменение индуктивного сопротивления. Этот способ дает возможность плавно регулировать величину сварочного тока.

В трансформаторах типа СТЭ и СТН регулирование тока осуществляется изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя. При вращении регулировочной ручки дросселя по часовой стрелке воздушный зазор увеличивается, магнитный поток уменьшается, индуктивное сопротивление становится меньше и ток увеличивается.

Вращением рукоятки дросселя против часовой стрелки достигается уменьшение зазора, увеличение индуктивного сопротивления и уменьшение тока.

В трансформаторе типа СТАН ступенчатое регулирование про изводится изменением числа витков реактивной части вторичной обмотки, а плавное регулирование - перемещением магнитного шунта. При выдвижении магнитного шунта из сердечника магнитный поток рассеяния трансформатора и индуктивное сопротивление уменьшаются, вследствие чего сварочный ток возрастает. В трансформаторах типа СТШ магнитный шунт конструктивно выполнен из двух половин, расходящихся в противоположные стороны. Когда шунт полностью вдвинут в сердечник, магнитный поток рассеяния и реактивная э. д. с. рассеяния максимальны, а сварочный ток минимален. В трансформаторах с подвижными обмотками (типа ТД, ТСК или ТС) плавное регулирование производится перемещением вторичной обмотки. При увеличении расстояния между обмотками поток рассеяния увеличивается, индуктивное сопротивление возрастает, а ток снижается.

Конструкции сварочных трансформаторов. Широко используются облегченные сварочные трансформаторы (переносные), которые предназначены для работ на строительных и монтажных площадках. Эти трансформаторы рассчитаны на выполнение коротких швов и прихваток, т. е. для работы при ПР=20%..К таким трансформаторам относятся ТСП -1 - на сварочный ток 105, 145, 160 и 180 А, масса его 37 кг; ТСП -2 и ТСП -2у2 -на ток от 90 до 300 А, масса 65 кг; СТШ -250 -на ток от 70 до 250 А, масса 44 кг; ТДП -1-на ток от 55 до 175 А, масса 38 кг. Небольшая масса этих трансформаторов достигнута За счет применения для сердечников стали с высокой магнитной проницаемостью, особой изоляции обмоток и понижения (до 20%) ПР.

Для монтажных работ выпускается также трансформатор ТД-304, рассчитанный на ПР = 50%, токи от 60 до 385 А, с подвижной вторичной обмоткой. Трансформатор имеет обмотки с теплостойкой и влагостойкой изоляцией и может комплектоваться приставкой РТД -2 для дистанционного регулирования сварочного тока. Масса трансформатора (установлен на салазки) - 137 кг.

Промышленностью выпускаются бытовые сварочные аппараты АДЗ -101 и ТД-101, предназначенные для ручной дуговой сварки стали толщиной до 2 мм покрытыми электродами марки ОЗС -9 диаметром 2 мм с повышенными ионизирующими свойствами. Первичный ток -15 А, номинальный сварочный ток - 50 А, потребляемая мощность - 1,85 кВт, масса аппарата - 20 кг.

Осцилляторы предназначены для облегчения зажигания и стабилизации дуги переменного тока при сварке неплавящим-ся (вольфрамовым) электродом и покрытыми электродами с низкими ионизирующими свойствами. Этот прибор создает переменный ток высокой частоты 250-300 кГц с высоким напряжением (более 2500 В). Ток высокой частоты при таком высоком напряжении не представляет большой опасности для сварщика, так как может вызвать лишь поверхностные ожоги кожи.

Осцилляторы включаются параллельно или последовательна с дугой. В сварочной цепи с осциллятором дуга возбуждаете без предварительного замыкания электрода с изделием (на рас стоянии 1-3 мм от электрода до изделия), поэтому их целесся образно включать при сварке отделочных и декоративных изделий.

Для ручной дуговой сварки покрытыми электродами на переменном токе в качестве источника питания Используют однофазные понижающие сварочные трансформаторы. В сравнении с источниками питания постоянного тока сварочные трансформаторы имеют следующие достоинства: простота конструкции, надежность в работе, простейшее обслуживание, невысокая стоимость. Недостатком сварочных трансформаторов, является низкий коэффициент мощности, особенно при холостом ходе и недогрузке. В последнее время принимаются меры, устранению этого недостатка - сварочные трансформаторы начинают выпускаться в комплекте со специальными конденсаторами для повышения коэффициента мощности.

Современные сварочные трансформаторы изготовляются в соответствии с ГОСТ 95-77 (СТ СЭВ 4668-84) («Трансформаторы однофазные однопостовые для ручной дуговой сварки». Общие технические условия).

Напряжение первичной обмотки сварочных трансформаторов в большинстве случаев равно 380 В, значительно реже -220 В. Напряжение холостого хода вторичной обмотки лежит в пределах 60-80 В. Сварочные трансформаторы имеют механические указатели тока, которые указывают ориентировочную величину сварочного тока. Погрешность показаний может достигать значительных величин. Действительное значение сварочного тока зависит от величины напряжения сети (его колебаний) и длины дуги в процессе сварки. По конструктивным особенностям сварочные трансформаторы классифицируют на две основные группы - с нормальным магнитным рассеянием и с повышенным магнитным рассеянием.

Трансформатор в режиме нагрузки имеет следующие магнитные потоки - рабочий магнитный поток Ф, магнитные потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток. Рабочий магнитный поток Ф замыкается полностью по магнитопроводу, охватывая при этом обе обмотки трансформатора, и передает электрическую энергию из первичной обмотки во вторичную. Магнитные потоки, которые замыкаются частично по воздуху и охватывают при этом только одну обмотку, называются потоками рассеяния.

Рис. 1. Магнитные потоки трансформатора

Внешняя характеристика источников питания сварочной дуги

Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) - это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги.

Внешние характеристики сварочных генераторов, показанные на рис. 1 (кривые 1 и 2), являются падающими. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. При одинаковом падении напряжения (изменении длины дуги) изменение сварочного тока неодинаково при неодинаковых внешних характеристиках источника. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину δ при крутопадающей характеристике изменение тока равно а1, при пологопадающей - а2.

Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания (рис. 2).

В момент зажигания дуги (рис. 2, а) напряжение падает по кривой от точки 1 до точки 2 - до пересечения с характеристикой генератора, т. е. до положения, когда электрод отводится от поверхности основного металла. При удлинении дуги до 3 - 5 мм напряжение возрастает по кривой 2-3 (в точке 3 осуществляется устойчивое горение дуги). Обычно ток короткого замыкания превышает рабочий ток, но не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с, этой величиной оцениваются динамические свойства источника.

На рис. 2,6 показаны падающие характеристики 1 и 2 источника питания при жесткой характеристике дуги 3, наиболее приемлемой при ручной дуговой сварке.

Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75 В при номинальном рабочем напряжении 30 В (повышение напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно увеличивается опасность поражения сварщика током). Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30 - 35 В, а для переменного тока 50 - 55 В. Согласно ГОСТ 7012 -77Е для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000 А, напряжение холостого хода не должно превышать 80 В.

Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания.

Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питания (рис. 1, кривая 3) необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2. Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками (рис. 1, кривая 4).

Относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме характеризуют повторно-кратковременный режим работы источника питания.

Величина ПР определяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах

где tp - непрерывная работа под нагрузкой; tц - длительность полного цикла. Условно принято, что в среднем tp = 3 мин, а tц = 5 мин, следовательно, оптимальная величина ПР % принята 60%.

Различие между ПР% и ПВ% состоит в том, что в первом случае источник питания во время паузы не отключается от сети и при разомкнутой сварочной цепи работает на холостом ходу, а во втором случае источник питания полностью отключается от сети.

СВАРОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Сварочные трансформаторы по фазности электрического тока подразделяются на однофазные и трехфазные, а по количеству постов - на однопостовые и многопостовые. Однопостовой трансформатор служит для питания сварочным током одного рабочего места и имеет соответствующую внешнюю характеристику.

Многопостовой трансформатор служит для одновременного питания нескольких сварочных дуг (сварочных постов) и имеет жесткую характеристику. Для создания устойчивого горения сварочной дуги и обеспечения падающей внешней характеристики в сварочную цепь дуги включает дроссель. Для дуговой сварки сварочные трансформаторы подразделяются по конструктивным особенностям на две основные группы:

трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, конструктивно выполненные в виде двух раздельных аппаратов (трансформатор и дроссель) или в едином общем корпусе;

трансформаторы с развитым магнитным рассеянием, конструктивно различающиеся по способу регулирования (с подвижными катушками, с магнитными шунтами, со ступенчатым регулированием).

ОБСЛУЖИВАНИЕ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

При эксплуатации сварочных трансформаторов следует следить за надежностью контактов, не допускать перегрева обмоток, сердечника и его деталей. Необходимо раз в месяц смазывать регулировочный механизм и не допускать загрязнений рабочих частей трансформаторов.

Необходимо следить за надежностью заземления и оберегать трансформатор от механических повреждений.

При работе трансформатора нельзя допускать превышения величины сварочного тока против указанной в паспорте. Запрещается перетаскивание трансформатора или регулятора с помощью сварочных проводов.

Раз в месяц трансформатор необходимо обдуть (очистить) струей сухого сжатого воздуха и проверить состояние изоляции.

Попадание влаги на обмотки трансформатора резко снижает электрическое сопротивление, в результате чего возникает опасность пробоя изоляции. Если сварочные трансформаторы установлены на открытом воздухе, их необходимо укрывать от атмосферных осадков. В таких случаях следует делать навесы или специальные передвижные будки.

Технические характеристики сварочных трансформаторов

Параметры	Марка трансформаторов
	СТЭ- 24У	СТЭ- 34У	СТН- 350	СТН- 500	СТН- 500-1	ТСК- 300	ТСК- 500	ТС -300	ТС -500	ТСД- 500	ТСД- 1000-3	ТСД- 2000-2	СТШ- 500	СТШ -500-80	ТСП -1	ТД -500	ТД -502
Номинальный режим работы, ПР%	65	65	65	65	65	65	65	65	65	60	65	65	60	60	от 20	60	60
Напряжение холостого хода, В	65	60	70	60	60	63	60	63	60	80	69-78	77―85	60	80	65―70	60―75	59―73
Напряжение номинальное, В	30	30	30	30	30	30	30	30	30	45	42	53	30	50	30	30	40
Номинальная мощност, кВּА	23	30	25	32	32	20	32	20	32	42	76	180	32	-	12	32	26,6
Пределы регулирования сварочного тока, А	100-500	150-700	80-450	150-700	150-700	110-385	165-650	110-385	165-650	200-600	400-1200	800-2200	145-650	260-800	105,15	85-720
Напряжение сети, В	220,38	220,38	220,38	220,38	220,38	380	220,38	220,38	220,38	220,38	220,38	380	220,38	220,38	220,38	220 или 380	220,38
К. п. д., %	83	86	83	86	86	84	84	84	85	87	90	89	90	92	75	-	-
Коэффициент мощности (косинус «фи»)	0,5	0,53	0,5	0,54	0,52	0,73	0,65	0,51	0,53	0,62	0,62	0,64	0,53	0,62	-	0,53	0,8
Габаритные размеры трансформатора, мм: - длина - ширина - высота	690 370 660	690 370 600	695 398 700	772 410 865	775 410 1005	760 520 970	840 575 1060	760 520 975	840 575 1060	950 818 1215	950 818 1215	1050 900 1300	670 666 753		225 435 470		570 720 835
Масса, кг: - трансформатора - регулятора	130 62	160 100	220 -	250 -	275 -	215 -	280 -	185 -	250	445	540	670	220	323	35	210	230

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием

Трансформаторы с отдельным дросселем. Жесткая внешняя характеристика такого трансформатора получается за счет незначительного магнитного рассеяния и малого индуктивного сопротивления обмоток трансформатора. Падающие внешние характеристики создаются дросселем, имеющим большое индуктивное сопротивление.

Технические данные трансформаторов СТЭ-24У и СТЭ-34У с дросселями приведены в таблице .

Трансформаторы типа СТН со встроенным дросселем . По этой конструктивной схеме выполнены трансформаторы СТН-500 и СТН-500-1 для ручной дуговой сварки и транс­форматоры с дистанционным управлением ТС Д-500, ТС Д-2000-2, ТСД-1000-3 и ТСД-1000-4 для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом. Технические данные указанных трансформаторов приведены в таблице .

Схема конструкции трансформатора типа СТН системы академика В. П. Никитина и его внешние статические характеристики показаны на рис. 1. Магнитное рассеяние и индуктивное сопротивление обмоток (1 и 2) трансформатора невелики, внешняя характеристика жесткая. Падающая характеристика создается за счет реактивной обмотки 3, создаю­щей индуктивное сопротивление. Верхняя часть магнитопровода является одновременно и частью сердечника дросселя.

Величина сварочного тока регулируется перемещением подвижного пакета 4 (винтовым механизмом с помощью рукоятки 5). Напряжение холостого хода у этих трансформа­торов 60 -70 В, а номинальное рабочее напряжение Uном = 30 В. Несмотря на объединенный магнитопровод, трансформатор и дроссель работают независимо друг от друга. В электротехническом отношении трансформаторы типа СТН не отличаются от трансформаторов с отдельными дросселями типа СТЭ.

Для автоматической и полуавтоматической сварки применяют трансформаторы типа ТСД. Общий вид конструкции трансформатора ТСД-1000-3 и его электрическая схема показаны на рис. 2 и 3.

Трансформаторы типа ТСД имеют повышенное напряжение холостого хода (78-85 В), необходимое для стабильного возбуждения и горения сварочной дуги при автоматической сварке под флюсом. Падающая внешняя характеристика трансформатора создается реактивной обмоткой.

Трансформатор типа ТСД имеет специальный электропривод для дистанционного регулирования сварочного тока» Для включения приводного синхронного трехфазного электродвигателя ДП с понижающим червячным редуктором служат два магнитных пускателя ПМБ и ПММ, управляемые кнопками. Перемещение подвижной части пакета магнитопровода ограничивается конечными выключателями ВКБ и ВКМ.

Трансформаторы снабжены фильтрами для подавления радиопомех. Кроме применения для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, трансформаторы ТСД-1000-3 и ТСД-2000-2 применяются в качестве источника питания для термической обработки сварных соединений из легированных и низколегированных сталей.

Рис. 1. (а) и его внешние характеристики (б):1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка, 3 - обмотка дросселя, 4 - подвижный пакет магнитопровода, 5 - рукоятка, 6 - магнитопровод.

Рис. 2. : 1 - вентилятор, 2 - трансформаторные обмотки, 3 - магнитопровод, 4 - реактивная обмотка, 5 - подвижныый пакет магниторповода, 6 - механизм перемещения подвижного пакета, 7 - станина, 8 - зажимные панели, 9 - ходовая часть.

Рис. 3. : Тр - понижающий трансформатор, КУБ, КУМ - кнопки дистанционного управления сварочным током - «Больше», «Меньше», ПМБ, ПММ - магнитные пускатели, ДП - двигатель провода механизма перемещения пакета магнитопровода, ВКБ, ВКМ - конечные выключатели, ДВ - двигатель вентилятора, Трс - трансформатор сварочный

Трансформаторы с развитым магнитным рассеянием

Трансформаторы типа ТС и ТСК представляют собой передвижные понижающие трансформаторы стержневого типа с повышенной индуктивностью рассеяния. Они предназначены для ручной дуговой сварки и наплавки, могут применяться для сварки под флюсом тонкими проволоками. В трансформаторах типа ТСК параллельно первичной обмотке подключен конденсатор для повышения коэффициента мощности.

Трансформаторы типа ТС, ТСК не имеют подвижных сердечников, склонных к вибрации, поэтому они работают почти бесшумно. Регулирование сварочного тока осуществляется изменением расстояния между подвижной I и неподвижной II катушками (рис. 1, в). При удалении подвижной катушки от неподвижной увеличиваются магнитные потоки рассеяния и индуктивное сопротивление обмоток. Каждому положению подвижной катушки соответствует своя внешняя характеристика. Чем дальше находятся друг от друга катушки, тем большее число магнитных силовых линии будет замыкаться через воздушные пространства, не захватывая второй обмотки, и тем круче будет внешняя характеристика. Напряжение холостого хода в трансформаторах этого типа при сдвинутых катушках на 1,5-2 В больше номинального значения (60 – 65 В)

Конструкция трансформатора ТС-500 и внешние вольт-амперные характеристики показаны на рисунках . Технические данные трансформаторов ТС и ТСК приведены в табл. 1 .

Для автоматической сварки нашли применение сварочные трансформаторы типа ТДФ-1001 и ТДФ-1601, предназначенные для питания дуги при сварке под флюсом однофазным переменным током частотой 50 Гц. Трансформаторы рассчитаны для работы в закрытых помещениях, с повышенной индуктивностью рассеяния. Они обеспечивают создание необходимых крутопадающих внешних характеристик и плавное регулирование сварочного тока в требуемых пределах, а также его частичную стабилизацию при колебаниях напряжения в сети в пределах от 5 до 10% от номинального значения. Технические данные трансформатора типа ТДФ приведены в табл. 2.

Технические характеристики трансформаторов СТШ-250 и ТСП-2

Параметры	ТДФ-1001	ТДФ-1601
Номинальный сварочный ток, А	1000	1600
Пределы регулирования сварочного тока, А: - на ступени «малых» токов - на ступени «больших» токов	400-700 700-1200	600-1100 1100-1800
Номинальное первичное напряжение, В	220 или 380	380
Частота, Гц	50	50
Первичный ток, А: - при исполнения на 220 В - при исполнении на 380 В	360 220	- 480
Вторичное напряжение холостого хода, В: - при минимальном сварочном токе - при максимальном сварочном токе	68 71	95 105
Условное номинальное рабочее напряжение, В	44	60
Вторичное напряжение в зависимости от величин сварочного тока (Iсв), В	Uн=20+0,04 Iсв	Uн=50+0,00625 Iсв
Отношение продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (ПВ), %	100	100
Коэффициент полезного действия, %	87	88
Потребляемая мощность, кВт	82	182
Масса, кг	740	1000

Внешние характеристики трансформатора ТДФ-1001 и ТДФ-1601 показаны на рис. 2, а и б.

Трансформаторы типа ТДФ-1001 и ТДФ-1601 - стационарные установки в однокорпусном исполнении с принудительной вентиляцией. Установка состоит из трансформатора, сетевого контактора, вентилятора и блок-схемы управления.

	Рис. 2. Внешние характеристики трансформаторов: а - ТДФ-1001, б - ТДФ-1601.
	Рис. 3. Электрическая схема трансформатора СТШ-500 : 1 - магнитопровод; 2 - катушка первичной обмотки; 3 - катушка вторичной обмотки; 4 - магнитные шунты Рис. 4. Электрическая схема трансформатора ТМ-300-П
Рис. 1. (а), его внешние вольт-амперные характеристики (б) и магнитная схема (в): 1 - механизм регулирования сварочного тока, 2 - зажимы низкого напряжения, 3 - подвижная катушка, 4 - магнитопровод, 5 - неподвижная катушка, 6 - кожух, 7 - регулировочный винт, 8 - зажимы высокого напряжения, 9 – крышка.	Рис. 5. (а) и его внешние характеристики (б): I, II, III, IV - схемы преключения на различную величину тока; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - порядковые номера зажимов

Трансформаторы с магнитными шунтами типа СТАН, ОСТА и СТШ (в настоящее время не выпускаются).

Трансформатор СТШ стержневого типа, однофазный, выполнен в однокорпусном исполнении и предназначен для питания электрической сварочной дуги переменным током частотой 50 Гц при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов. На рис. 3 показана схема трансформатора СТШ-500.

Магнитопровод (сердечник трансформатора) изготовляется из электротехнической стали Э42 толщиной 0,5 мм. Стальные листы соединяют изолированными шпильками.

Катушки первичной обмотки трансформатора выполнены из изолированного алюминиевого провода прямоугольного сечения, а вторичной - из голой алюминиевой шины, между витками которой прокладывают асбестовые прокладки, предназначенные для изоляции витков от короткого замыкания.

Регулятор тока состоит из двух подвижных магнитных шунтов, расположенных в окне магнитопровода. Вращением винта по часовой стрелке шунты раздвигаются, а против часовой - сдвигаются, происходит плавное регулирование сварочного тока. Чем меньше расстояние между шунтами, тем меньше сварочный ток, и наоборот. Шунты изготовляют из той же электротехнической стали, что и магнитопровод.

Для снижения помех, возникающих при сварке, применяют емкостный фильтр из двух конденсаторов типа КБГ-И. Конденсаторы смонтированы на стороне высокого напряжения.

Промышленностью создан ряд новых переносных источников питания сварочной дуги переменным током - малогабаритные трансформаторы. Примерами таких транс­форматоров являются, например, монтажные трансформаторы ТМ-300-П, ТСП-1 и ТСП-2.

Монтажный трансформатор ТМ-300-П предназначен для питания сварочной дуги при однопостовой дуговой сварке на монтажных, строительных и ремонтных работах. Транс­форматор обеспечивает крутопадающую внешнюю характеристику (с отношением тока короткого замыкания к току номинального рабочего режима 1,2-1,3) и ступенчатое регулирование сварочного тока, что позволяет выполнять сварку электродами диаметром 3,4 и 5 мм. Он однокорпусный, имеет малую массу и удобен для транспортирования. Транс­форматор ТМ-300-П имеет разделенные обмотки, что позволяет получать значительное индуктивное сопротивление для создания падающих внешних характеристик. Магнитопровод стержневого типа набирается из холоднокатаной текстурированной стали Э310, Э320, Э330 толщиной 0,35-0,5 мм. Электрическая схема трансформатора приведена на рис. 4.

Первичная обмотка состоит из двух катушек одинакового размера, полностью размещенных на одном стержне магнитопровода. Вторичная обмотка также состоит из двух катушек, из которых одна - основная - размещается на стержне магнитопровода вместе с первичной обмоткой, а вторая - реактивная - имеет три отпайки и размещается на другом стержне магнитопровода.

Реактивная вторичная обмотка значительно удалена от первичной обмотки и имеет большие потоки рассеяния, определяющие повышенное индуктивное ее сопротивление. Величина сварочного тока регулируется переключением числа витков реактивной обмотки. Такое регулирование тока позволяет увеличить напряжение холостого хода при малых токах, обеспечивая условия для устойчивого горения сварочной дуги.

Первичную обмотку выполняют из медного провода с изоляцией, а вторичную обмотку наматывают шинкой. Обмотки пропитывают кремнийорганическим лаком ФГ-9, что позволяет повышать температуру их нагрева до 200° С. Магнитопровод с обмотками размещается на тележке с двумя колесами. Для сварки в монтажных условиях электродами диаметром 3 и 4 мм применяют облегченный трансформатор ТСП-1. Трансформатор рассчитан на кратковременную работу при коэффициенте загрузки поста менее 0,5 и электродах диаметром до 4 мм. Электрическая схема и внешние характеристики такого трансформатора показаны на рис. 5. Вследствие большого расстояния между первичной обмоткой А и вторичной обмоткой Б образуются значительные потоки магнитного рассеяния.

Падение напряжения за счет индуктивного сопротивления обмоток обеспечивает крутопадающие внешние характеристики.

Регулирование сварочного тока ступенчатое, как и у сварочного трансформатора ТМ-300-П.

Для уменьшения массы конструкция трансформатора выполнена из высококачественных материалов - магнитопровод - из холоднокатаной стали, а обмотки - из алюминиевых проводов с теплостойкой стеклянной изоляцией.

Технические данные трансформатора ТСП-1 приведены в таблице 1 .

Для сварки в монтажных условиях выпускаются также малогабаритные облегченные сварочные трансформаторы СТШ-250 с плавным регулированием сварочного тока, разра­ботанные Институтом электросварки имени Е. О. Патона, и ТСП-2, разработанные Всесоюзным научно-исследовательским институтом электросварочного оборудования.

Для выполнения сварочных работ на различной высоте в монтажных условиях создан специальный сварочный трансформатор ТД-304 на салазках, оборудованный дистан­ционным регулированием сварочного тока непосредственно с рабочего места электросварщика.

Многопостовые и специальные сварочные трансформаторы

Для многопостовой сварки может быть использован любой сварочный трансформатор типа СТЭ с жесткой внешней характеристикой при условии присоединения к каждому посту регулятора тока (дросселя) типа РСТ, обеспечивающего падающую внешнюю характеристику.

Количество постов, подключаемое к многопостовом сварочному трансформатору, определяется по формуле

n=Iтр / Iп ּ K ,

где n - количество постов; Iтр - номинальный ток сварочного трансформатора; Iп - сварочный ток поста; K - коэффициент загрузки, равный 0,6-0,8.

На рис. 1 показана электрическая схема многопостовой сварки от однофазного трансформатора с жесткой характеристикой и регулятором тока типа РСТ.

Применение многопостовых сварочных трансформаторов позволяет более полно использовать мощность оборудования. Для многопостовой сварки применяют также трехфазные трансформаторы с параллельным питанием нескольких сварочных постов. Как видно из рис. 2, такой трансформатор имеет первичную обмотку 1, соединенную «треугольником», и вторичную обмотку 2, соединенную «звездой». Фазовое напряжение (напряжение между пулевым проводом и любой из фаз) должно быть 65-70 В. Регулирование сварочного тока и обеспечение падающей характеристики на каждом сварочном посту осуществляется с помощью дросселей типа РСТ.

Многопостовые сварочные трансформаторы имеют ограниченное применение. Трехфазный сварочный трансформатор может быть применен для ручной дуговой сварки двумя электродами (рис. 3). В этом случае обеспечивается большая производительность сварки, экономится электроэнергия, больше косинус «фи», равномернее распределяется нагрузка между фазами. Регулятор тока такого трансформатора Тр состоит из двух сердечников с регулируемыми воздушными зазорами. Две обмотки регулятора 1 и 2 расположены на одном сердечнике и включаются последовательно с электродами, обмотка 3- на втором сердечнике и подключается к свариваемой конструкции. При трехфазной сварке горят по рассматриваемой схеме одновременно три дуги: две между каждым из электродов 4, 5 и свариваемым изделием 6 и одна между электродами 4 и 5. Для прекращения горения дуги между электродами 4 и 5 предусмотрен магнитный контактор К, катушка которого включена параллельно обмотке 3 регулятора и разрывает электрическую цепь между электродами.

Параллельное включение однофазных сварочных трансформаторов

Сварочные трансформаторы соединяют на параллельную работу с целью повышения мощности источника питания. Для этого используют два или несколько однотипных трансформаторов с одинаковыми внешними характеристиками и первичными обмотками, рассчитанными на одно и то же напряжение. Подключение нужно производить к одним и тем же фазам сети соответствующих одноименных зажимов первичных обмоток трансформаторов, их вторичные обмотки соединяют также через одноименные зажимы.

Схема параллельного соединения однофазных сварочных трансформаторов с дросселями типа СТЭ показана на рисунке. При параллельном соединении двух трансформаторов величина сварочного тока в цепи возрастает соответственно в 2 раза по сравнению с одним трансформатором. Соответственно с подключением на параллельную работу трех трансформаторов ток увеличивается в 3 раза.

Необходимым условием параллельной работы трансформаторов является равномерное распределение между ними величины сварочного тока. Регулировать величину сварочного тока следует одновременно одинаковым числом поворотов ручек всех регуляторов или одновременным нажатием кнопок (как. например, в трансформаторах типа ТСД). Равенство нагрузок между трансформаторами проверяется амперметрами.

Осцилляторы и импульсные возбудители дуги

Осциллятор - это устройство, преобразующее ток промышленной частоты низкого напряжения в ток высокой частоты (150-500 тыс. Гц) и высокого напряжения (2000-6000 В), наложение которого на сварочную цепь облегчает возбуждение и стабилизирует дугу при сварке.

Основное применение осцилляторы нашли при аргно-дуговой сварке переменным током неплавящимся электродом металлов малой толщины и при сварке электродами с низкими ионизирующими свойствами покрытия. Принципиальная электрическая схема осциллятора ОСПЗ-2М показана на рис. 1.

Осциллятор состоит из колебательного контура (конденсатора С5, в качестве индукционной катушки используется подвижная обмотка трансформатора ВЧТ и разрядника Р) и двух индуктивных дроссельных катушек Др1 и Др2, повышающего трансформатора ПТ, высокочастотного трансформатора ВЧТ.

Колебательный контур генерирует ток высокой частоты и связан со сварочной цепью индуктивно через высокочастотный трансформатор, выводы вторичных обмоток которого присоединяются: один к заземленному зажиму выводной панели, другой - через конденсатор С6 и предохранитель Пр2 ко второму зажиму. Для защиты сварщика от поражения электрическим током в цепь включен конденсатор С6, сопротивление которого препятствует прохождению тока высокого напряжения и низкой частоты в сварочную цепь. На случай пробоя конденсатора С6 в цепь включен плавкий предохранитель Пр2. Осциллятор ОСПЗ-2М рассчитан на подключение непосредственно в двухфазную или однофазную сеть напряжением 220 В.

Рис. 1.: СТ - сварочный трансформатор, Пр1, Пр2 - предохранители, Др1, Др2 - дроссели, С1 - С6 - конденсаторы, ПТ - повышающий трансформатор, ВЧТ - высокочастотный трансформатор, Р - разрядник	Рис. 2. : Тр1 - трансформатор сварочный, Др - дроссель, Тр2 - повышающий трансформатор осциллятора, Р - разрядник, С1 - конденсатор контура, С2 - защитный конденсатор контура, L1 - катушка самоиндукции, L2 - катушка связи

При нормальной работе осциллятор равномерно потрескивает, и за счет высокого напряжения происходит пробой зазора искрового разрядника. Величина искрового зазора должна быть 1,5-2 мм, которая регулируется сжатием электродов регулировочным винтом. Напряжение на элементах схемы осциллятора достигает нескольких тысяч вольт, поэтому регулирование необходимо выполнять при отключенном осцилляторе.

Осциллятор необходимо зарегистрировать в местных органах инспекции электросвязи; при эксплуатации следить за его правильным присоединением к силовой и сварочной цепи, а также за исправным состоянием контактов; работать при надетом кожухе; кожух снимать только при осмотре или ремонте и при отсоединенной сети; следить за исправным состоянием рабочих поверхностей разрядника, а при появлении нагара - зачистить их наждачной бумагой. Осцилляторы, у которых первичное напряжение 65 В, подключать к вторичным зажимам сварочных трансформаторов типа ТС, СТН, ТСД, СТАН не рекомендуется, так как в этом случае напряжение в цепи при сварке понижается. Для питания осциллятора нужно применять силовой трансформатор, имеющий вторичное напряжение 65-70 В.

Схема подключения осцилляторов М-3 и ОС-1 к сварочному трансформатору типа СТЭ показана на рис.2. Технические характеристики осцилляторов приведен в таблице.

Технические характеристики осцилляторов

Тип	Первичное напряжение, В	Вторичное напряжение холостого хода, В	Потребляемая мощность, Вт	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
М-3 ОС-1 ОСЦН ТУ-2 ТУ-7 ТУ-177 ОСПЗ-2М	40 - 65 65 200 65; 220 65; 220 65; 220 220	2500 2500 2300 3700 1500 2500 6000	150 130 400 225 1000 400 44	350 x 240 x 290 315 x 215 x 260 390 x 270 x 310 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 250 х 170 х 110	15 15 35 20 25 20 6,5

Импульсные возбудители дуги

Это такие устройства, которые служат для подачи синхронизированных импульсов повышенного напряжения на сварочную дугу переменного тока в момент изменения полярности. Благодаря этому значительно облегчается повторное зажигание дуги, что позволяет снизить напряжение холостого хода трансформатора до 40-50 В.

Импульсные возбудители применяют только для дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом. Возбудители с высокой стороны подключаются параллельно к сети питания трансформатора (380 В), а на выходе - параллельно дуге.

Мощные возбудители последовательного включения применяют для сварки под флюсом.

Импульсные возбудители дуги более устойчивы в работе, чем осцилляторы, они не создают радиопомех, но из-за недостаточного напряжения (200-300 В) не обеспечивают зажигания дуги без соприкосновения электрода с изделием. Возможны также случаи комбинированного применения осциллятора для начального зажигания дуги и импульсного возбудителя для поддержания ее последующего стабильного горения.

Стабилизатор сварочной дуги

Для повышения производительности ручной дуговой сварки и экономичного использования электроэнергии создан стабилизатор сварочной дуги СД-2. Стабилизатор поддерживает устойчивое горение сварочной дуги при сварке переменным током плавящимся электродом путем подачи на дугу в начале каждого периода импульса напряжения.

Стабилизатор расширяет технологические возможности сварочного трансформатора и позволяет выполнять сварку на переменном токе электродами УОНИ, ручную дуговую сварку неплавящимся электродом изделий из легированных сталей и алюминиевых сплавов.

Схема внешних электрических соединений стабилизатора показана на рис. 3, а, осциллограмма стабилизирующего импульса - на рис. 3, б.

Сварка c применением стабилизатора позволяет экономичнее использовать электроэнергию, расширить технологические возможности применения сварочного трансформатора, уменьшить эксплуатационные расходы, ликвидировать магнитное дутье.

Сварочное устройство «Разряд-250». Это устройство разработано на базе сварочного трансформатора ТСМ-250 и стабилизатора сварочной дуги, выдающего импульсы частотой 100 Гц.

Функциональная схема сварочного устройства и осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства показаны на рис. 4, а, б.

Рис. 3. : а - схема: 1 - стабилизатор, 2 - трансформатор варочный, 3 - электрод, 4 - изделие; б - осцилограмма: 1 - стабилизирующий импульс, 2 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора	Рис. 4. а - схема устройства; б - осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства

Устройство «Разряд-250» предназначено для ручной дуговой сварки переменным током плавящимися электродами любого типа, в том числе предназначенными для сварки на постоянном токе. Устройство может использоваться при сварке неплавящимися электродами, например, при сварке алюминия.

Устойчивое горение дуги обеспечивается подачей на дугу в начале каждой половины периода переменного напряжения сварочного трансформатора импульса напряжения прямой полярности, т. е. совпадающего с полярностью указанного напряжения.

Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать мощность, напряжение электричества в соответствии с требованиями потребителей.

В оборудовании при работе определяются некоторые потери мощности. Поэтому не вся электроэнергия, которая поступила на первичную обмотку, доходит к потребителю. При этом греется трансформатор (магнитопривод, обмотки и прочие детали). В различных конструкциях этот показатель неодинаков.

Холостой ход трансформатора позволяет определить токовые потери. Эта методика применяется в сочетании с определением напряжения в режиме короткого замыкания трансформатора. Этот процесс называется опытом агрегата. Он выполняется по определенной схеме.

Общее устройство и виды

Чтобы понять, что такое опыт холостого хода различных трансформаторов, необходимо рассмотреть, что собой представляет подобное оборудование.

Основные типы

Трансформаторами называются машины неподвижного типа, которые работают благодаря электрическому току. Они меняют входное напряжение. Существует несколько видов подобных аппаратов:

1. Силовые.
2. Измерительные.
3. Разделительные.
4. Согласующие.

Чаще всего в энергетическую цепь требуется подключение силового трансформатора. Они могут иметь две или более обмоток. Аппарат может быть однофазный (бытовая сеть) или многофазный (промышленная сеть).

Особенности установок

Отдельно выделяются автотрансформаторы. В них есть только одна совмещенная обмотка. Также бывает сварочный аппарат. Они имеют определенную сферу применения.

В однофазном и многофазном оборудовании может устанавливаться различная номинальная мощность. Она может определяться в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Маломощные однофазные и многофазные приборы могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние разновидности будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т. д. Если же этот показатель больше 1000 кВА, это установка высокой мощности.

Методология проведения опыта

Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого прекращается снабжение током всех обмоток. Они остаются разомкнутыми. После этого производится снабжение цепей электричеством. Оно определяется только на первом контуре. Аппаратура должна работать под напряжением, которое устанавливается при его производстве производителем.

Через первичный контур силовой, сварочной или прочей установки протекают токи, которые носят название ХХ. Их величина равняется не более 3-9% от заданного производителем показателя. При этом на обмотке вторичного контура электричество отсутствует. На первичном контуре ток производит магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. При этом возникает ЭДС самоиндукции на контуре первичном и взаимоиндукции – на обмотке вторичного типа.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора небольшой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимоиндукции.

Подход к проведению измерений

Замер потерь холостого хода может производиться в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о рассеивании тепла в обмотках (они начинают греться). В процессе проведения опыта этот показатель очень мал. Поэтому им пренебрегают.

Данные о потере тока холостого хода трансформатора представляются в виде таблицы. В ней рассчитаны параметры для стали определенных сортов и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается в аспекте мощности, которая создается в магнитом потоке и именуется потерей в стали. Она затрачивается на нагрев листов из специального сплава. Они изолируются друг от друга лаковым покрытием. При создании таких магнитоприводов не используется метод сварки.

Суть измерения

Если по какой-то причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитопривода, между ними возрастают вихревые токи. При этом система начинает нагреваться. Лаковый слой постепенно разрушается. Потери при работе установки возрастают, его эксплуатационные характеристики ухудшаются.

В таком случае потери мощности в стали увеличиваются. При проведении расчетов этих характеристик в режиме холостого хода можно выявить возникшие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.

Коэффициент трансформации

При определении работы установки применяется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена далее:

К = Е1/Е2 = W1/W2

Отсюда следует, что напряжение на вторичном контуре будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать выходное электричество, в конструкцию установки вмонтирован специальный прибор. Он переключает число витков на первичном контуре. Это анцапфа.

Для проведения опыта на холостом ходу регулятор ставится в среднее положение. При этом измеряется коэффициент.

Однофазные приборы

Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.

Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.

Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.

Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.

Измерение тока

При опытном измерении тока холостого хода мастер применяет амперметры. Их необходимо подсоединять к первичной обмотке последовательно. Напряжение в контуре должно равняться номинальному значению.

Если проводится исследование работы трехфазного промышленного агрегата, замер выполняет для всех фаз одновременно или последовательно. При этом испытания производятся только для установок от 1000 кВА.

Измерение потерь

Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.

При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.

Применение ваттметра

Ваттметр позволяет произвести замер с учетом коэффициента мощности. Это дает возможность получить более точный результат. Расчет выполняется по следующей формуле:

Cos φ = P1/U1*L0

Далее необходимо создать на основе полученного результата векторную диаграмму. По каждой фазе учитываются установленные потери. Для этого чаще всего строится таблица. При этом используется схема, которая изначально применялась производителем при создании оборудования.

Полученный результат не подлежит сравнению с нормативами. Показатели сравнивают только с характеристиками предыдущих проверок. Если потери с течением времени только возрастают, это говорит о нарушении изоляции пластин магнитопривода или появлении иных нарушений. Обратить этот процесс невозможно.

Проведение замеров холостого хода позволяет оценить состояние аппаратуры, а также определить потребность в необходимости планового или аварийного ремонта. Поэтому регулярные испытания позволяют правильно спланировать работу установки, предотвратить ее непредвиденное отключение.

Интересное видео: Описание основ работы трансформатора.

Расчет самодельных сварочных трансформаторов имеет выраженную специфику, так как в большинстве случаев они не соответствуют типовым схемам и для них, по большому счету, нельзя применить стандартные методики расчета, разработанные для промышленных трансформаторов. Специфика состоит в том, что при изготовлении самоделок параметры их компонентов подстраиваются под уже имеющиеся в наличии материалы - в основном под магнитопровод. Часто трансформаторы собираются не из самого лучшего трансформаторного железа, мотаются не самым подходящим проводом, усиленно греются и вибрируют.

При изготовлении трансформатора, близкого по конструкции промышленным образцам, можно пользоваться стандартными методиками расчета. Такие методики устанавливают наиболее оптимальные значения обмоточных и геометрических параметров трансформатора. Однако, с другой стороны, эта же оптимальность является недостатком стандартных методик. Так как они оказываются совершенно бессильными при выходе какого-либо параметра за рамки стандартных значений.

По форме сердечника различают трансформаторы броневого и стержневого типов.

Трансформаторы стержневого типа, по сравнению с трансформаторами броневого типа, имеют более высокий КПД и допускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому сварочные трансформаторы обычно, за редким исключением, бывают стержневого тика.

По характеру устройства обмоток различают трансформаторы с цилиндрическими и дисковыми обмотками.

Типы обмоток трансформаторов: а - цилиндрическая обмотка, б - дисковая обмотка. 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка.

В трансформаторах с цилиндрическими обмотками одна обмотка намотана поверх другой. Так как обмотки находятся на минимальном расстоянии друг от друга, то практически весь магнитный поток первичной обмоткой сцепляется с витками вторичной обмотки. Только некоторая часть магнитного потока первичной обмотки, называемым потоком рассеяния, протекает в зазоре между обмотками и поэтому не связана со вторичной обмоткой. Такой трансформатор имеет жёсткую характеристику (про вольт-амперную характеристику сварочного аппарата читайте ). Трансформатор с такой характеристикой не годится для ручной сварки. Для получения падающей внешней характеристики сварочного аппарата, в этом случае, используют или балластный реостат или дроссель. Наличие этих элементов усложняет устройство сварочного аппарата.

В трансформаторах с дисковыми обмотками первичная и вторичная обмотки отдалены друг от друга. Поэтому значительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана со вторичной обмоткой. Ещё говорят, что эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние. Такой трансформатор имеет, необходимую, падающую внешнюю характеристику. Индуктивность рассеяния трансформатора зависит от взаимного расположения обмоток, от их конфигурации, от материала магнитопровода и даже от близко расположенных к трансформатору металлических предметов. Поэтому точный расчёт индуктивности рассеяния практически невозможен. Обычно, на практике, расчёт ведётся методом последовательных приближений с последующим уточнением обмоточных и конструктивных данных на практическом образце.

Регулировка сварочного тока, обычно, достигается изменением расстояния между обмотками, которые выполняются подвижными. В бытовых условиях трудно выполнить трансформатор с подвижными обмотками. Выход может быть в изготовлении трансформатора на несколько фиксированных значений сварочного тока (на несколько значений напряжения холостого хода). Более тонкая регулировка сварочного тока, в сторону уменьшения, может осуществляется укладыванием сварочного кабеля в кольца (кабель будет сильно нагреваться).

Особенно сильным рассеиванием и, следовательно, крутопадающей характеристикой отличаются трансформаторы П-образной конфигурации у которых обмотки разнесены на разные плечи, так как расстояние между обмотками у них особенно велико.

Но они теряют много мощности и могут не дать ожидаемый ток.

Отношения числа витков первичной обмотки N 1 к числу витков вторичной обмотки N 2 называется коэффициентом трансформации трансформатора n, и если не учитывать различные потери, то справедливо выражение:

n = N 1 /N 2 = U 1 /U 2 = I 2 /I 1

где U 1 , U 2 - напряжение первичной и вторичной обмоток, В; I 1 , I 2 - ток первичной и вторичной обмоток, А.

Выбор мощности сварочного трансформатора

Прежде чем приступить к расчету сварочного трансформатора, необходимо четко определиться - на какой величине сварочного тока его предстоит эксплуатировать. Для электросварки в бытовых целях чаще всего используются покрытые электроды диаметром 2, 3 и 4 мм. Из них наибольшее распространение получили, наверное, трехмиллиметровые электроды, как наиболее универсальное решение, подходящие для сваривания как относительно тонкой стали, так и для металла значительной толщины. Для сварки двухмиллиметровыми электродами выбирается ток порядка 70А; "тройка" чаще всего работает на токе 110-120А; для "четверки" потребуется ток 140-150А.

Приступая к сборке трансформатора, разумным будет установить для себя предел выходного тока, и мотать обмотки под выбранную мощность. Хотя здесь можно ориентироваться и на максимально возможную мощность для конкретного образца, учитывая, что от однофазной сети любой трансформатор вряд ли способен развить ток выше 200А. При этом необходимо четко осознавать, что с увеличением мощности растет степень нагрева и износа трансформатора, необходимы более толстые и дорогие провода, увеличивается вес, да и не каждая электросеть может выдержать аппетиты мощных сварочных аппаратов. Золотой серединой здесь может быть мощность трансформатора, достаточная для работы наиболее ходовым трехмиллиметровым электродом, с выходным током 120-130А.

Потребляемая мощность сварочного трансформатора, и аппарата в целом, будет равна:

P = U х.х. × I св. × cos(φ) / η

где U х.х. - напряжение холостого хода, I св. - ток сварки, φ - угол сдвига фаз между током и напряжением. Так как сам трансформатор является индуктивной нагрузкой, то угол сдвига фаз всегда существует. В случае расчета потребляемой мощности cos(φ) можно принять равным 0,8. η - КПД. Для сварочного трансформатора КПД можно принять равным 0,7.

Стандартная методика расчета трансформатора

Эта методика применима для расчета распространенных сварочных трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием, следующего устройства. Трансформатор изготовлен на основе П-образного магнитопровода. Его первичная и вторичная обмотки состоят из двух равных частей, которые расположены на противоположных плечах магнитопровода. Между собой половины обмоток соединены последовательно.

Для примера возьмемся рассчитать с помощью этой методики данные для сварочного трансформатора рассчитанного на рабочий ток вторичной катушки I 2 =160А, с выходным напряжением холостого хода U 2 =50В, сетевым напряжением U 1 =220В, значение ПР (продолжительность работы) примем, скажем, 20% (про ПР см. ниже).

Введем параметр мощности, учитывающий продолжительность работы трансформатора:

P дл = U 2 × I 2 × (ПР/100) 1/2 × 0.001
P дл = 50 × 160 (20/100) 1/2 × 0.001 = 3,58 кВт

где ПР - коэффициент продолжительности работы, %. Коэффициент продолжительности работы показывает, сколько времени (в процентах) трансформатор работает в дуговом режиме (нагревается), остальное время он находится в режиме холостого хода (остывает). Для самодельных трансформаторов ПР можно считать равным 20-30%. Сам ПР в общем-то не влияет на выходной ток трансформатора, впрочем, как и соотношения витков трансформатора не слишком-то сказываются на параметре ПР у готового изделия. ПР в большей степени зависит от других факторов: сечения провода и плотности тока, изоляции и способа укладки провода, вентиляции. Однако с точки зрения приведенной методики считается, что для различных ПР более оптимальными будут несколько отличные соотношения между количеством витков катушек и площадью сечения магнитопровода, хотя, в любом случае, выходная мощность остается неизменной, рассчитанная на заданный ток I 2 . Ничто не мешает принять ПР, скажем, 60% или все 100%, а эксплуатировать трансформатор на меньшем значении, как на практике обычно и происходит. Хотя, лучшее сочетание обмоточных данных и геометрии трансформатора обеспечивает выбор значения ПР пониже.

Для выбора числа витков обмоток трансформатора рекомендуется пользоваться эмпирической зависимостью электродвижущей силы одного витка E (в вольтах на виток):

E = 0,55 + 0,095 × P дл (P дл в кВт)
Е = 0,55 + 0,095 × 3,58 = 0,89 В/виток

Эта зависимость справедлива для широкого диапазона мощностей, однако наибольшую сходимость результатов дает в диапазоне 5-30 кВт.

Количество витков (сумма обеих половин) первичной и вторичной обмоток определяются соответственно:

N 1 = U 1 /E; N 2 = U 2 /E
N 1 = 220/0,89 = 247; N 2 = 50/0,89 = 56

Номинальный ток первичной обмотки в амперах:

I 1 = I 2 × k m /n

где k m =1.05-1.1 - коэффициент, учитывающий намагничивающий ток трансформатора; n = N 1 /N 2 - коэффициент трансформации.

n = 247/56 = 4,4
I 1 = 160 × 1,1/4,4 = 40 А

Сечение стали сердечника трансформатора (см 2) определяется по формуле:

S = U 2 × 10000/(4.44 × f × N 2 × B m)
S = 50 × 10000/(4.44 × 50 × 56 × 1,5) = 27 см 2

где f=50 Гц - промышленная частота тока; B m - индукция магнитного поля в сердечнике, Тл. Для трансформаторной стали индукция может быть принята B m =1.5-1.7 Тл, рекомендуется принимать ближе к меньшему значению.

Конструктивные размеры трансформатора приведены применительно к стержневой конструкции магнитопровода. Геометрические параметры магнитопровода в миллиметрах:

• Ширина пластины стали из пакета магнитопровода
  a=(S×100/(p 1 ×k c)) 1/2 =(27×100/(2×0,95)) 1/2 =37,7 мм .
• Толщина пакета пластин плеча магнитопровода
  b=a×p 1 =37,7×2=75,4 мм .
• Ширина окна магнитопровода
  c=b/p 2 =75,4×1,2=90 мм .

где p 1 =1.8-2.2; p 2 =1.0-1.2. Измеряемая по линейным размерам сторон собранного трансформатора площадь сечения магнитопровода будет несколько больше рассчитанного значения, надо учитывать неизбежные зазоры между пластинами в наборе железа, и равняется:

S из = S/k c
S из = 27/0,95 = 28,4 см 2

где k c =0.95-0.97 - коэффициент заполнения стали.

Значение (a) подбирается ближайшее из сортамента трансформаторной стали, конечное значение (b) корректируется с учетом ранее выбранного (a), ориентируясь на полученные значения S и S из.

Высота магнитопровода методикой строго не устанавливается и выбирается исходя из размеров катушек с проводом, крепежных размеров, а также учитывается расстояние между катушками, которое выставляется при подстройке тока трансформатора. Размеры катушек определяются сечением провода, количеством витков и способом намотки.

Сварочный ток можно регулировать, перемещая секции первичной и вторичной обмоток относительно друг друга. Чем больше расстояние между первичной и вторичной обмотками, тем меньшим будет выходная мощность сварочного трансформатора.

Таким образом, для сварочного трансформатора со сварочным током 160А были получены значения основных параметров: суммарное количество витков первичных катушек N 1 =247 витков и измеряемая площадь сечения магнитопровода S из =28,4 см 2 . Расчет с теми же исходными данными, кроме ПР=100% даст несколько иные соотношения S из и N 1: 41,6 см 2 и 168 соответственно для того же тока 160А.

На что нужно обратить внимание, анализируя полученные результаты? Прежде всего, в этом случае соотношения между S и N для определенного тока действительны только для сварочного трансформатора, изготовленного по схеме с увеличенным магнитным рассеиванием. Если бы мы применили значения S и N, полученные для этого типа трансформатора, для другого трансформатора - построенного по схеме силового трансформатора (см. рисунок ниже), то выходной ток при тех же значениях S и N 1 значительно возрос бы, предположительно в 1,4-1,5 раза или пришлось бы примерно во столько же раз увеличить количество витков первичной катушки N 1 для сохранения заданной величины тока.

Сварочные трансформаторы, у которых секции вторичной катушки намотаны поверх первичной, получили значительное распространение при самостоятельном изготовлении сварочных аппаратов. Магнитный поток у них более сконцентрирован и энергия передается более рационально, хотя это приводит к ухудшению сварочных характеристик, которые однако, можно выправить дросселем или балластным сопротивлением.

Упрощенный расчет сварочного трансформатора

Неприемлемость во многих случаях стандартных методик расчета заключается в том, что они устанавливают для конкретной мощности трансформатора только единые значения таких основных параметров, как измеренная площадь сечения магнитопровода (S из) и количество витков первичной обмотки (N 1), хотя последние и считаются оптимальными. Выше было получено сечение магнитопровода для тока 160А, равное 28 см 2 . На самом деле сечение магнитопровода для той же мощности может варьироваться в значительных пределах - 25-60 см 2 и даже выше, без особой потери в качестве работы сварочного трансформатора. При этом под каждое произвольно взятое сечение необходимо рассчитать количество витков, прежде всего первичной обмотки, таким образом, чтобы получить на выходе заданную мощность. Зависимость между соотношением S и N 1 близка к обратно пропорциональной: чем больше площадь сечения магнитопровода (S), тем меньше понадобиться витков обеих катушек.

Самой важной частью сварочного трансформатора является магнитопровод. Во многих случаях для самоделок используются магнитопроводы от старого электрооборудования, которое до того ничего общего со сваркой не имело: всевозможные крупные трансформаторы, автотрансформаторы (ЛАТРы), электродвигатели. Часто эти магнитопроводы обладают весьма экзотической конфигурацией, а их геометрические параметры невозможно изменить. И сварочный трансформатор приходится рассчитывать под то, что есть, - нестандартный магнитопровод, используя нестандартную методику расчета.

Наиболее важными при расчете параметрами, от которых зависит мощность, являются площадь сечения магнитопровода, количество витков первичной обмотки и расположение на магнитопроводе первичной и вторичной обмоток трансформатора. Сечение магнитопровода в данном случае измеряется по наружным размерам сжатого пакета пластин, без учета потерь на зазоры между пластинами, и выражается в см 2 . При напряжении питания сети 220-240В, с незначительным сопротивлением в линии, можно рекомендовать следующие формулы приближенного расчета витков первичной обмотки, которые дают положительные результаты для токов 120-180А для многих типов сварочных трансформаторов. Ниже приведены формулы для двух крайних вариантов расположения обмоток.

Для трансформаторов с обмотками на одном плече (рисунок ниже, а):
N 1 = 7440 × U 1 /(S из × I 2)
Для трансформаторов с разнесенными обмотками (рисунок ниже, б):
N 1 = 4960 × U 1 /(S из × I 2)

где N 1 - примерное количество витков первичной обмотки, S из - измеренное сечение магнитопровода (см 2), I 2 - заданный сварочный ток вторичной обмотки (А), U 1 - сетевое напряжение.

При этом надо учитывать, что для трансформатора с разнесенными по разным плечам первичной и вторичной обмотками вряд ли удастся получить ток более 140А - сказывается сильное рассеивание магнитного поля. Нельзя также ориентироваться на ток выше 200А для остальных типов трансформаторов. Формулы носят весьма приближенный характер. Некоторые трансформаторы с особенно несовершенными магнитопроводами дают значительно более низкие показатели выходного тока. Кроме того, существует много таких параметров, которые нельзя определить и учесть в полной мере. Обычно неизвестно, из какого сорта железа изготовлен тот или иной, снятый со старого оборудования магнитопровод. Напряжение в электросети может сильно изменяться (190-250В). Еще хуже, если линия электропередачи обладает значительным собственным сопротивлением, составляя всего единицы Ома, оно практически не влияет на показания вольтметра, обладающего большим внутренним сопротивлением, но может сильно гасить мощность сварки. Учитывая все вышеизложенное, рекомендуется первичную обмотку трансформатора выполнять с несколькими отводами через 20-40 витков.

В этом случае всегда более точно можно будет подобрать мощность трансформатора или подрегулировать ее под напряжение конкретной сети. Количество витков вторичной обмотки определяется из соотношения (кроме "ушастика", например из двух ЛАТРов):

N 2 = 0,95 × N 1 × U 2 /U 1

где U 2 - желаемое напряжение холостого хода на выходе вторичной обмотки (45-60В), U 1 - напряжение сети.

Выбор сечения магнитопровода

Теперь мы знаем, как можно рассчитать витки катушек сварочного трансформатора под определенное сечение магнитопровода. Но остается вопрос - каким именно выбрать это сечение, особенно если конструкция магнитопровода позволяет варьировать его значение?

Оптимальное значение сечения магнитопрвода для типичного сварочного трансформатора было получено в примере расчета по стандартной методике (160А, 26 см 2). Однако далеко не всегда оптимальные с точки зрения энергетических показателей значения являются таковыми, а то и возможными вообще, с точки зрения конструктивных и экономических соображений.

Например, трансформатор одной и той же мощности может иметь сечения магнитопровода с разницей в два раза: скажем 30-60 см 2 . При этом количество витков обмоток будет различаться тоже примерно в два раза: для 30 см 2 придется мотать в два раза больше провода, чем для 60 см 2 . Если у магнитопровода небольшое окно, то вы рискуете тем, что все витки попросту не влезут в его объем или придется использовать очень тонкий провод - в этом случае необходимо увеличить сечение магнитопровода с целью уменьшения количества витков провода (актуально для многих самодельных трансформаторов). Вторая причина - экономическая. Если обмоточный провод в дефиците, то, учитывая его немалую стоимость, этот материал придется экономить по максимуму, если есть возможность, наращиваем магнитопровод до большего сечения. Но, с другой стороны, магнитопровод - самая тяжелая часть трансформатора. Лишняя площадь сечения магнитопровода - лишний и притом, весьма ощутимый вес. Проблема прибавки веса особенно сказывается тогда, когда трансформатор намотан алюминиевым проводом, вес которого намного меньше стали, а тем более меди. При больших запасах провода и достаточных размерах окна магнитопровода этот элемент конструкции имеет смысл выбирать потоньше. В любом случае не рекомендуется опускаться ниже значения 25 см 2 , не желательны также сечения выше 60 см 2 .

Подбор витков трансформатора опытным путем

В некоторых случаях о выходной мощности трансформатора можно судить по току первичной обмотки в режиме холостого хода. Вернее, здесь можно говорить не о количественной оценке мощности в режиме сварки, а о настройке трансформатора на максимальную мощность, на которую способна конкретная конструкция. Или же речь идет о контроле количества витков первичной обмотки, чтобы не допустить их недостатка в процессе изготовления. Для этого понадобится некоторое оборудование: ЛАТР (лабораторный автотрансформатор), амперметр, вольтметр.

В общем случае по току холостого тока нельзя судить о мощности: ток может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав зависимость тока в первичной обмотке в режиме холостого хода, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора. Для этого первичную обмотку трансформатора надо подключить через ЛАТР, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 240В. В цепь также должен быть включен амперметр.

Постепенно увеличивая напряжение на обмотке, можно получить зависимость тока от питающего напряжения. Она будет иметь следующий вид.

Сначала кривая тока полого, почти линейно возрастает до небольшого значения, далее скорость возрастания увеличивается - кривая загибается вверх, после чего следует стремительное увеличение тока. В случае, когда устремление кривой к бесконечности происходит до напряжения 240В (кривая 1), то это значит, что первичная обмотка содержит мало витков и ее необходимо домотать. Надо учитывать, что трансформатор, включенный на то же напряжение без ЛАТРа, будет брать ток примерно на 30% больше. Если же точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, то при сварке трансформатор будет выдавать свою максимальную мощность (кривая 2). В случае кривых 3, 4 трансформатор будет иметь ресурс мощности, которую можно увеличить путем уменьшения витков первичной обмотки, и незначительный ток холостого хода: большинство самоделок ориентированы на это положение. Реально токи холостого хода различны для разных типов трансформаторов, в большинстве случаев находясь в интервале 100-500 мА. Не рекомендуется устанавливать ток холостого хода более 2А.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.