Сварочные трансформаторы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственного бюджетного образовательного учреждения начального профессионального образования

Профессиональное училище №19"

Курсовая работа

по учебной дисциплине

«Специальная технология»

на тему

Сварочные трансформаторы

Выполнил: студент 1 курса

дневного отделения

Айдар Байназаров

г. Салават 2014



Введение

Одним из важнейших преимуществ переменного тока перед постоянным является легкость и простота, с которой можно преобразовать переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Достигается это посредством простого и остроумного устройства - трансформатора, созданного в 1876 г. замечательным русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым. П.Н. Яблочков предложил способ «дробления света» для своих свечей при помощи трансформатора. В дальнейшем конструкцию трансформаторов разрабатывал другой русский изобретатель И.Ф. Усагин, который предложил применять трансформаторы для питания не только свечей Яблочкова, но и других приемников.

В дальнейшем несколько конструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданы венгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперновским.

Для развития трансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имели работы профессора А.Г. Столетов по исследованию магнитных свойств стали и расчету магнитных цепей. Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом. Промышленный переменный ток на территории России имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц). Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги.

Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60--75 В.

При сварке на малых токах (60--100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 -- 80 В.



1. Назначение сварочных трансформаторов и классификация

обмотка сварочный трансформатор катушка

При контактной сварке разогрев металлических деталей до пластического состояния осуществляется теплом, выделяемым электрическим током на участке между электродами.

Общее количество тепловой энергии, требуемой непосредственно для осуществления сварки, по закону Джоуля -- Ленца определяется зависимостью :W = I2ном^2*Rээ*tсв (1) где I2ном -- номинальный сварочный ток, А; Rээ--активное сопротивление свариваемых деталей на участке электрод -- электрод, Ом; tсв -- время протекания сварочного тока, с. Каждый сварочный цикл начинается с предварительного сжатия деталей для создания между ними механического контакта.

После включения тока металл свариваемых деталей в зоне электрод -- электрод нагревается, и сопротивление Rээ растет. Через 0,02--0,03 с при разогреве деталей выше температуры разупрочнения (около 400 °С) площадь контакта возрастает и Rээ, достигнув максимального значения, начинает уменьшаться, а I2ном увеличивается. Минимальное значение Rээ и максимальное значение I2ном, имеющие место в конце процесса сварки, используются в качестве численных характеристик этих параметров при всех видах контактной сварки. Из выражения (1) следует, что нагрев деталей тем больше, чем больше сварочный ток, активное сопротивление деталей и время сварки.

Однако значение конечного сопротивления Rээ косвенно всегда задается, так как оно определяется физическими свойствами металлов свариваемых деталей определенной толщины, переходным сопротивлением между поверхностями и типом сварочного трансформатора. Числовая характеристика этого параметра в основном определяет задаваемое в технологических картах значение сварочного тока I2ном и время сварки tсв. С увеличением tсв количество выделяющейся тепловой энергии, а следовательно, размеры и прочность соединений возрастают, но не беспредельно. По истечении некоторого определенного времени tсв качество сварного соединения резко ухудшается за счет выплесков, сварочный трансформатор возросших бесполезных тепловых потерь. Точно такое же влияние на качество сварного соединения оказывает и увеличение сварочного тока I2ном.

Поэтому получение на одних и тех же деталях сварных соединений одинакового размера и качества возможно только при определенных соотношениях этих параметров. Уменьшение в известных пределах I2ном может быть скомпенсировано соответствующим увеличением tсв и наоборот. Режимы, характеризующиеся относительно большим I2ном и малым tсв, принято называть жесткими, а режимы с малым I2ном и большим tсв-- мягкими.

Однако в режимах разной жесткости контактная сварка может осуществляться при разных давлениях на электродах Fсв. Поэтому, несмотря на многообразие сварочных режимов, все они должны выполняться с учетом ряда требований, что способствует получению высоких и стабильных результатов в производственных условиях. Соотношения I2ном,tcв,Fсв являются основными параметрами режима сварки. Хотя сопротивление участка электрод -- электрод Rээ значительно больше сопротивления любого другого участка сварочного контура, однако по абсолютному значению оно очень мало и достигает нескольких десятков или сотен микроом. Кроме того, ввиду большой теплопроводности свариваемых деталей и электродов время нагрева контакта tсв должно быть весьма малым (несколько сотых или десятых долей секунды). Так, например, для точечной сварки изделий из малоуглеродистой стали длительность протекания сварочного тока устанавливается из расчета 0,08--0,16 с на 1 мм толщины каждой из свариваемых деталей. А при сварке некоторых металлов и их сплавов требуются еще более короткие промежутки времени. Следовательно, для обеспечения необходимого нагрева контакта требуется большой сварочный ток I2ном, который достигает нескольких десятков и сотен килоампер. Ввиду малого абсолютного сопротивления всех элементов сварочной цепи этот ток обеспечивается низким вторичным напряжением U20 -- в несколько вольт (U20 -- вторичное напряжение трансформатора при холостом ходе). В соответствии с ГОСТ 297--80 машины для контактной сварки должны быть изготовлены для подключения к промышленным электрическим сетям с номинальным напряжением 380 В частотой 50 Гц. По заказу потребителя машины должны быть изготовлены на номинальное напряжение питающей сети 660 В частотой 50 Гц, а машины с наибольшей мощностью короткого замыкания до 60 кВ-А -- на номинальное напряжение питающей сети 220 В частотой 50 Гц. Машины, предназначенные для экспорта, следует изготовлять на номинальное напряжение питающей сети частотой 50 или 60 Гц в соответствии с заказом. Машины должны быть рассчитаны на работу при качестве электроэнергии по ГОСТ 13109--87 и при отклонениях напряжения питающей сети от --10 до +5 % номинального значения. Для элементов вторичного контура контактных машин значение номинального длительного тока в амперах устанавливается в соответствии с ГОСТ 10594--80 со следующим рекомендуемым рядом чисел: 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 700, 800, 900, 1000 и т. д. Этот параметр является одним из главных качественных показателей машины, так как он характеризует ее тепловую или нагрузочную мощность, при которой данная машина будет нормально работать без перегрева отдельных конструктивных элементов вторичного (силового) контура. Во всех современных контактных электросварочных машинах в качестве источника питания используются сварочные трансформаторы. В каждой машине первичная обмотка трансформатора включается в сеть с помощью аппаратуры управления, обеспечивающей требуемую продолжительность протекания импульса сварочного тока, а вторичная обмотка трансформатора электрически соединена с внешним контуром машины, на электродах которой и осуществляется контактная сварка изделий.

В машинах специального назначения со сложным питанием между сетью и первичной обмоткой сварочного трансформатора кроме аппаратуры управления может быть включен промежуточный трансформатор, или преобразователь частоты, или трансформатор с выпрямителем, или источник для накопления энергии. Сварочный трансформатор предназначается для преобразования электрической энергии, подводимой к его первичной обмотке, в электрическую энергию с низким вторичным напряжением и большим током. Форма импульса сварочного тока полностью предопределяется схемным решением силовой электрической промежуточной части, .от которой осуществляется питание сварочного трансформатора или питание сварочного контура машины. На рисунке представлена классификационная схема основных разновидностей сварочных трансформаторов, применяемых в современных контактных машинах, в зависимости от способа их питания По этой схеме все сварочные трансформаторы подразделяются на две основные группы: трансформаторы, преобразующие электрическую энергию переменного тока частотой 50 Гц, потребляемую из сети непосредственно во время сварки, и- трансформаторы, преобразующие энергию, предварительно накопленную одним из рассмотренных способов. Дальнейшее подразделение внутри каждой группы производится в зависимости от схемного решения силовой электрической части, от особенностей конструктивного исполнения трансформатора, обусловленного требованиями к машине, источником питания которой он является. Из всего числа сварочных трансформаторов -- источников питания контактных машин -- главная доля (более 90 %) приходится на однофазные трансформаторы переменного тока частотой 50 Гц, поэтому рассмотрению вопросов, касающихся этих трансформаторов, уделено наибольшее внимание. Трансформаторы с другими схемными решениями силовой электрической части или с использованием промежуточного силового звена будут рассмотрены в других статьях.



Рисунок Классификационная схема трансформаторов в зависимости от способов их питания

2. Преимущества и недостатки сварочного трансформатора

Если Вам часто приходится заниматься сваркой, вы рано или поздно столкнетесь с необходимостью выбора сварочного устройства. Вариантов может быть несколько - простой сварочный трансформатор, полуавтомат или даже автономный генератор.

У каждого варианта есть свои плюсы и минусы. При выборе нужно руководствоваться бюджетом и теми задачами, которые Вам предстоит решать. Проще всего приобрести обычный сварочный трансформатор. Это наиболее простой и достаточно универсальный агрегат. Он имеет следующее устройство - первичную и вторичную обмотки и сердечник из электротехнической стали. Из минусов такого выбора можно назвать достаточно большую массу и размеры. Ведь для обеспечения нужной силы тока необходимо, чтобы вторичная обмотка имела большую площадь поперечного сечения. Кроме того большая сила тока неизбежно приводит к разогреву трансформатора, вследствие чего его необходимо охлаждать, а это лишние проблемы и финансовые затраты. На современных аппаратах установлены датчики температуры, выключающие подачу тока при превышении допустимой рабочей температуры.

Из плюсов - низкая цена.

При выборе сварочного агрегата необходимо руководствоваться так же продолжительностью нагрузки. Она указывается в процентах в перечне технических характеристик. Для выпускников технических специальностей более знаком термин «продолжительность включения».Продолжительность включения определяется соотношением времени постоянной работы трансформатора к циклу сварки. В России цикл сварки составляет 10 мину, в Европе - 10 минут. Соответственно после 3х минутной работы аппарата 2 минуты он должен остывать. Цикл работы любого сварщика строится следующим образом:

Подготовка деталей;

сварка;

охлаждение аппарата.

Максимальная возможная длительность сварки зависит от величины сварочного тока. Если сила тока небольшая (мала толщина свариваемых материалов), трансформатор может работать перерыва на охлаждение. Чтобы не сжечь аппарат, внимательнее читайте его технические характеристики, обращая наиболее пристальное внимание на продолжительность включения и силу тока. Группа СВЭЛ производит трансформаторы для различных нужд. У нас Вы можете приобрести сухие трансформаторы различных типов в широком диапазоне мощностей.

3. Устройство сварочных трансформаторов

Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60--75 В.

При сварке на малых токах (60--100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 -- 80 В.

Понижающий сварочный трансформатор, основой которого является магнитопровод (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками.

На магнитопроводе имеются первичная и вторичная (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода. Первичная обмотка сварочного трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой сварочного трансформатора. Трансформаторы сварочные с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТДМ и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении. Катушки первичной обмотки такого трансформатора сварочного неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные. Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая -- при удалении. С ходовым винтом связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока. Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр. Трансформаторы сварочные снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке. Трансформаторы сварочные отличаются наличием компенсирующих конденсаторов, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (соs ?). Сварочные у трансформаторы ТДМ представляет собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Трансформатор сварочный работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное -- диапазон малых токов.

4. Сварочный трансформатор с механическим регулированием

В эту группу источников входят трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием, а именно трансформаторы с подвижными обмотками и с подвижными магнитными шунтами, и трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, работающие в комплекте с дополнительной реактивной катушкой дросселем.

Основной признак этой группы источников наличие подвижных частей является и основным ее недостатком. На подвижные части регулирующих устройств действуют электромагнитные силы, пульсирующие от нуля до максимума с двойной частотой сети; значение этих сил пропорционально квадрату тока и изменяется с изменением режима работы трансформатора. Электромагнитные силы вызывают вибрацию подвижных частей регулирующих устройств. Амплитуды колебаний зависят от массы подвижных частей, точности и качества сборки, жесткости крепления и других факторов. Даже при хорошей проработке конструкций и высоком качестве изготовления повышенные вибрации являются основной причиной, ограничивающей срок службы подобных источников. Другим недостатком этих источников является инерционность регулирования и трудность осуществления дистанционного и программного управления, так как регулирование здесь производится вручную или при помощи сервоприводов.

Однако, несмотря на отмеченные недостатки, эти трансформаторы получили самое широкое распространение во всем мире как основной источник питания для ручной дуговой сварки штучными электродами из-за малого расхода активных материалов, высоких энергетических и сварочных показателей, простоты и дешевизны конструкций. До настоящего времени в ряде стран (Япония, ФРГ и др.) такие трансформаторы выпускаются и для автоматической сварки под флюсом. Однако в последние годы из-за ряда отмеченных недостатков, затрудняющих выполнение автоматической сварки, наметилась их замена более совершенными конструкциями. Трансформаторы с подвижными обмотками. Трансформаторы с развитым магнитным рассеянием и подвижными обмотками выполняются с магнитопроводами броневого и стержневого типа. Обмотки броневого трансформатора могут быть цилиндрическими или дисковыми, обмотки стержневого трансформатора, как правило, только дисковые. Развитое магнитное рассеяние трансформаторов достигается за счет развитой проводимости между стержнями магнитной системы и расположения первичной и вторичной 2 обмоток вдоль стержней 3 магнитопровода на некотором расстоянии друг от друга. Одна из обмоток трансформатора, обычно первичная, выполняется неподвижной, другая подвижной. Перемещение подвижной обмотки осуществляется ходовым винтом. Реактивное (индуктивное) сопротивление трансформатора и, следовательно, сварочный ток изменяются при изменении расстояния между обмотками. Полностью сдвинутым обмоткам соответствует минимальное индуктивное сопротивление и, следовательно, максимальный сварочный ток.

В трансформаторах броневого типа с цилиндрическими катушками подвижная обмотка часто имеет меньшие радиальные размеры и может входить внутрь неподвижной обмотки. При увеличении расстояния между обмотками индуктивное сопротивление возрастает и сварочный ток падает. Для расширения пределов регулирования тока в отдельных конструкциях трансформаторов наряду с подвижной обмоткой используются небольшие магнитные шунты 4, 5. Когда подвижные шунты 5 совмещаются с неподвижными 4, индуктивное сопротивление резко возрастает. Расчеты и эксперименты показали, что все известные модификации трансформаторов броневого типа уступают по удельным расходам активных материалов и по КПД трансформаторам стержневого типа. Поэтому трансформаторы стержневой конструкции получили самое широкое распространение в отечественных сварочных трансформаторах для ручной дуговой сварки. Эта же конструкция трансформатора с жестко закрепленными, но разнесенными относительно друг друга первичными и вторичными обмотками является основной как для трансформатора с магнитными шунтами, подвижными и управляемыми постоянным током, так и для источников с тиристориым регулированием. Для трансформатора с подвижными обмотками характерна некоторая зависимость напряжения холостого хода от расстояния между обмотками. При раздвижении обмоток вследствие рассеяния части основного магнитного потока по воздуху в окне между стержнями напряжение холостого хода снижается на 36 % относительно значения, получаемого при сдвинутых обмотках. Следует отметить, что индуктивное сопротивление в зависимости от расстояния между обмотками изменяется по линейному закону и, следовательно, сварочный ток изменяется обычно пропорционально расстоянию между обмотками. При большом раздвижении обмоток эффективность регулирования тока снижается при непрерывном росте массы магнитопровода.

Поэтому большой диапазон плавного регулирования в трансформаторах с подвижными обмотками нецелесообразен. Для расширения пределов регулирования тока при ограничении массы магнитопровода применяется плавно-ступенчатое регулирование путем одновременного переключения числа витков первичной и вторичной обмоток с сохранением постоянства коэффициента трансформации или с некоторым его снижением в диапазоне малых токов.

Схемы трансформаторов с плавно-ступенчатым регулированием приведены на рис. а, б, в. На рис. представлены регулировочные характеристики трансформаторов, т, е. зависимости вторичного (сварочного) тока от расстояния между обмотками /2 = / (?).

Необходимым условием плавно-ступенчатого регулирования является стыковка между двумя диапазонами тока. ГОСТ 9577 допускает небольшой разрыв токов при переходе с одного диапазона на другой не более 7,5%. ч

Две ступени регулирования для трансформатора по схеме рис. 8.8, а соответствуют параллельному или последовательному соединению катушек обмоток на разных стержнях.

При этом напряжение холостого хода не изменяется, а индуктивное сопротивление обмоток изменяется в четыре раза. Регулировочные характеристики этого трансформатора для двух ступеней регулирования приведены на рис. (кривые / и 2)

Чтобы получить стыковку между двумя диапазонами токов в этом трансформаторе, необходимо иметь кратность регулирования не менее 1 к 4 в каждом диапазоне токов При этом общая кратность регулирования тока составляет 1 к 16. Такое глубокое регулирование тока на практике не используется.

Для уменьшения высоты магнитопровода, массы и габаритов трансформатора в целом во ВНИИЭСО разработана схема трансформатора (рис. 8.8, б) с частичным отключением витков катушек первичной обмотки при переходе с параллельного их соединения на последовательное. Напряжение холостого хода в диапазоне малых токов повышается, что благоприятно сказывается на стабильности горения дуги.

Чтобы получить перекрытие ступеней токов, достаточно раздвигать обмотки на расстояние |2 а ие ?i как у трансформаторов по схеме рис, 8Д д. Габариты магнитопро-вода при этом могут быть снижены на 2025 % пропорционально разности.

На рис. приведена схема трансформатора, в котором катушки первичной обмотки включены последовательно. Катушки вторичной обмотки на ступени больших токов включены параллельно, а при переходе на ступень малых токов одна катушка вторичной обмотки отключается. При этом в конкретных конструкциях трансформаторов (переносные сварочные трансформаторы ТД-102, ТД-306) с учетом поля рассеяния, замыкающегося на металлический кожух, индуктивное сопротивление трансформатора изменяется примерно в два раза.

Индуктивное сопротивление трансформатора. При расчете сварочного трансформатора к числу основных исходных данных относятся пределы регулирования сварочного тока, которые непосредственно связаны с индуктивным сопротивлением трансформатора. Максимальному сварочному току соответствует минимальное индуктивное сопротивление хт[п (обмотки полностью сдвинуты), минимальному сварочному току максимальное хтях (обмотки раздвинуты).

Рассмотрим картину магнитного поля рассеяния трансформатора стержневого типа показана эпюра магнитодвижущих сил трансформатора. Реальное поле рассеяния трансформатора можно представить как сумму трех составляющих: поля рассеяния в лобовых частях обмоток (Ф1л, Ф2Л), поля рассеяния в окне трансформатора в зоне катушек (Ф10К9 Ф2ок) и поля рассеяния в зазоре между обмотками Фок. Поле Фок уже при небольшом расстоянии от обмоток с большой степенью точности может быть представлено как плоскопараллельное поле; при этом можно считать, что магнитные силовые линии поля замыкаются по воздуху между стержнями магнитной системы в плоскостях, перпендикулярных осям стержней.

Магнитная проводимость % при ji = 1 между стержнями магнитной системы, отнесенная к единице длины, определяется экспериментально и может быть представлена эмпирической зависимостью где Ъ размер магнитопровода в направлении набора; с„к ширина окна магнитопровода.

В соответствии с картиной поля рассеяния индуктивное сопротивление трансформатора также может быть представлено как сумма трех составляющих

Составляющие хок и хЛ ие зависят от расстояния между обмотками и соответствуют магнитному полю в окне трансформатора (Ф,ок, Ф2о||) и в лобовых частях (Ф1л, Ф2Л) при полностью сдвинутых обмотках (I = 0). Составляющая х$ соответствуем магнитному полю в окне трансформатора в зазоре между обмотками и связана с расстоянием между обмотками с прямо пропорциональной зависимостью.

Ниже приводятся формулы для расчета индуктивного сопротивления рассеяния, отнесенного ко вторичным обмоткам с числом витков w2 [32]. Формулы получены г предположении, что магнитная проницаемость магнитопровода бесконечна, отсутствует демпфирующее влияние вихревых токов, ток в витках распределен равномерно.

Индуктивное сопротивление

магнитная постоянная, 1 н/м; пх и fu высота катушек первичной и вторичной обмоток, м. Индуктивное сопротивление

где /л условная средняя длина витка катушек в лобовой части, м; gl9 g2, gu средние геометрические расстояния, м-

Величины /л и gu g2t g12 определяются по следующим соотношениям:

где Cj, с2 размеры катушек по ширине вне окна магнитопровода с учетом вентиляционных каналов и каналов между катушками и магнитопроводом, м;

Расчет выполняется в следующем порядке: I Минимальное и максимальное индуктивные сопротивления, обеспечивающие заданные пределы регулирования:



При расчете минимального индуктивного сопротивления трансформатора xmln (при полностью сдвинутых обмотках) составляющая х^ определяется- с учетом минимального расстояния между обмотками, необходимого по конструктивным соображениям. Максимальное индуктивное сопротивление л-шах рассчитывается при максимальном расстоянии между обмотками.

Приведенные соотношения соответствуют параллельному включению обмоток трансформатора. При переходе к последовательному соединению (vt& = 2w) индуктивное сопротивление возрастает в четыре раза.

Элементы расчета трансформатора. Исходными данными при расчете являются расчетная мощность трансформатора, продолжительность нагрузки, номинальный ток и пределы его регулирования, номинальное рабочее напряжение, напряжение холостого хода и тепловой режим, на который рассчитывается трансформатор (класс изоляции обмоток).

В последние годы созданы методики машинного расчета оптимальной геометрии трансформатора с учетом его регулировочных свойств, однако эти методики еще несовершенны, так как не учитывают постоянство теплового режима для всех просчитываемых вариантов. Поэтому до настоящего времени расчет ведется методом последовательных приближений. Предварительно определяются основные геометрические размеры трансформатора, а потом производится поверочный расчет всех заданных величин, и в первую очередь индуктивного сопротивления; затем уточняются геометрические размеры и т. д.

При плавно-ступенчатом регулировании поверочный расчет индуктивных сопротивлений и пределов регулирования тока производится для обоих ступеней (диапазонов).



где У22 и /21 - максимальный и минимальный ток нагрузки; U12 и ?/21 рабочие напряжения, соответствующие токам нагрузки /22 и /21, определяемые, например, по формуле U2 = 20 + 0,04/2 (в вольтах).

2. Числа витков обмоток. В сварочном трансформаторе выбор числа витков обмоток имеет принципиальное значение, так как витки определяют пределы регулирования сварочного тока. Для выбора числа витков обмоток wu w2 рекомендуется пользоваться эмпирической зависимостью параметра ew (в вольтах на виток) от расчетной мощности трансформатора (в киловольт-амперах), приведенной к длительному по нагреву току трансформатора:

Эта зависимость справедлива для широкого диапазона мощностей, однако наибольшую сходимость результатов дает в диапазоне 530 кВ-А. Мощность в киловольт-амперах

где /2110м номинальный вторичный ток, А; ПН -- продолжительность нагрузки, %. Числа витков обмоток:

где иг напряжение сети, В.



3. Числа витков катушек. При параллельном соединении катушек

где Ад = 1,05 ... 1,1 коэффициент, учитывающий намагничивающий ток трансформатора; п коэффициент трансформации.

где Вт индукция в сер* дечнике, Тл. Для холоднокатаной стали и иду к-ция может быть принята равной Вт=1,6... 1Т7Тл.

Конструктивные размеры трансформатора. Расчет конструктивных размеров произведен применительно к стержневой конструкции, эскиз которой дан на рис. 8.9. Далее все линейные размеры приводятся в миллиметрах, сечения в квадратных миллиметрах.

1) Ширина пластины стержня а и ширина окна сон магнитопровода:

097 _ коэффициент заполнения стали; о высота набора пакета магнитопровода.

Значения коэффициентов ри р2 рекомендуются для трансформаторов на токи 315500 А, верхние значения соответствуют трансформаторам большей мощности

2) Сечения обмоточных проводов (для параллельного соединения катушек)

Для трансформаторов на ток до 500 А класса изоля-ции Н для ручной дуговой сварки, изготовленных из алю-миниевого провода, могут быть рекомендованы следующиезначения плотностей тока: J± = 2,4 ... 2,8 А/мм2;У2 = 2,1... 2,3 А/мм2.

Нижние значения и /2 соответствуют трансформаторам большей мощности. Для первичной обмотки обычно используется провод марки АПСД, для вторичной голая шина марки АДО.

Размеры провода, выбираемые исходя из требуемых сечений провода по таблицам стандартов или технических условий:

ain> ^in ширина и высота провода первичной обмотки;

а2п> ^гп то же для вторичной обмотки; Gin, bin, 2п b2n соответствующие размеры провода в изоляции.

Высоту провода следует выбирать возможно меньшей, так как добавочные потери в обмотках от потоков магнитного рассеяния трансформатора пропорциональны четвертой степени высоты провода.

Конструктивно-крепежные размеры.

изоляционные расстояния обмоток в окне от магнитопровода 6Х = 5 ... 10; верхнее значение соответствует подвижной обмотке;

ширина вентиляционных каналов в обмотках б2 = = 10 ... 13;

ширина прокладки между катушками первичной обмотки 63 = 1,5 ... 2,0;

размеры крепежных изоляционных деталей первичной обмотки 64 = б5 = 10;

то же для вторичной обмотки бв = б7 = 10 ... 13,

число слоев в катушке

5)Размеры катушки первичной обмотки: ширина катушки

где kR = 0,15 мм толщина межслоевой изоляции; &у = = 1,1 коэффициент, учитывающий не плотность укладки проводников;

число витков в слое

высота катушки

Если трансформатор изготовляется по схеме рис. 8.8, б, то между основной частью катушки первичной обмотки и отключаемой частью необходимо проложить усиленную изоляцию поставить три прокладки по 0,15 мм.

6) Размеры катушки вторичной обмотки. Вторичная обмотка наматывается на ребро голой алюминиевой шиной марки ЛДО. Выбор размера шипы и внутреннего радиуса намотки на ребро производится из условия, что относительное удлинение волокон шины по наружному радиусу должно быть не более 30 %, в противном случае могут появиться разрывы шины при намотке.

7) Высота окна магнитопровода

Высота катушки



Величина Етах определяется в процессе поверочного расчета индуктивного сопротивления трансформатора.

7. Поверочный расчет трансформатора производится по приведенным ранее формулам. Полный поверочный тепловой расчет может быть выполнен по известным методикам расчета силовых трансформаторов.

Трансформаторы с подвижными магнитными шунтами. Трансформаторы с развитым магнитным рассеянием и подвижными магнитными шунтами выполняются на магнитопроводах стержневого типа и имеют дисковые обмотки.

Обмотки трансформатора расположены симметрично на двух стержнях магнитопровода 3. В канале между первичными / и вторичными 2 обмотками установлен магнитный шунт 4. Между шунтом и стержнями магнитопровода имеются воздушные зазоры 6.

Возможны два варианта взаимного расположения первичной и вторичной обмоток относительно шунта, а именно полное или частичное разнесение. При полном разнесении первичные и вторичные обмотки расположены по разные стороны шунта (ри При частичном разнесении вторичная обмотка состоит из двух секций основной 2 с числом витков w20 и дополнительной 5 с числом витков ш2д, причем дополнительная обмотка размещена в зоне первичной обмотки / и имеет с ней хорошую электромагнитную связь. Справа представлена эпюра магнитодвижущих сил такого трансформатора.

Как показывает опыт, трансформатор с полностью разнесенными обмотками целесообразно выполнять только на небольшие мощности на токи до 200250 А. Для дальнейшего увеличения тока приходится снижать числа витков первичных и вторичных обмоток. При этом нарушается оптимальное соотношение расхода обмоточных материалов и стали, трансформатор становится стальным, его масса растет.

Дополнительные витки вторичной обмотки незначительно увеличивают индуктивное сопротивление трансформатора и позволяют создать оптимальную по массе и пределам регулирования конструкцию.

В трансформаторах с частичным разнесением обмоток для получения двух диапазонов регулирования обычно изменяют степень разнесения обмоток. Полному разнесению обмоток соответствует диапазон малых токов. При переходе на диапазон больших токов включается обмотка с числом витков wйа и отключается часть обмотки с числом витков W-

Новая, наиболее рациональная схема соединения обмоток представлена. Диапазону больших токов соответствует параллельное соединение катушек вторичной обмотки. При переходе на диапазон малых токов дополнительные катушки 5 отключаются, а основные катушки 2 включаются последовательно; переход на диапазон малых токов сопровождается увеличением напряжения холостого хода.

При переходе с одного диапазона токов на другой в трансформаторе с шунтом ие требуется переключения витков первичной обмотки, что положительно сказывается на надежности трансформатора

Плавное регулирование тока в трансформаторе осуществляется перемещением магнитного шунта вручную или сервоприводом. При полностью вставленном в окно шунте магнитная проводимость для потока рассеяния и, следовательно, индуктивное сопротивление трансформатора максимальны, сварочный ток при этом минимален. При выдвижении шунта из окна магнитопровода магнитная проводимость уменьшается и сварочный ток растет.

Зависимость индуктивного сопротивления х от положения шунта. Скорость снижения х при выдвижении шунта вначале постоянна, а затем уменьшается, стремясь к пулю. При выходе шунта за пределы окна магнитопровода изменение х относительно невелико.

Магнитный шунт при выходе из окна магнитопровода испытывает максимальное осевое электромагнитное усилие, втягивающее шунт в окно магнитопровода и вызывающее его вибрацию, Для снижения вибрации применяются тугие направляющие, по которым перемещается шунт, или шунт снабжается пружинами, отжимающими его к одной стороне магнитопровода или устанавливающими его в окне с некоторым перекосом, Вибрация магнитного шунта значительно уменьшается, если его разделить на две равные части и регулирование тока производить, перемещая части шунта из окна в противоположные стороны. В этом случае осевые усилия, действующие на шунты, направлены навстречу друг другу.

Индуктивное сопротивление трансформатора Трансформатор 6 выдвинутым магнитным шунтом почти полностью аналогичен трансформатору с подвижной обмоткой. Однако наличие выдвинутого магнитного шунта несколько влияет на характер поля рассеяния, в результате чего индуктивное сопротивление такого трансформатора на 2030 % выше, чем у подобного трансформатора с разнесенными обмотками без шунта.

Минимальное индуктивное сопротивление трансформатора

где расстояние между обмотками 1 и 2.

Максимальное индуктивное сопротивление слагается из двух составляющих, соответствующих магнитным потокам рассеяния по воздуху {хтп) " через шунт (хт).

Составляющая где kn = 1,1коэффициент, учитывающий выпучивание магнитного потока шунта; Sm площадь поперечного сечения магнитного шунта, м2; б зазор между шунтом и магнитопроводом, м.

Минимальное индуктивное сопротивление рассеяния *mm трансформатора с частично разнесенными обмотками слагается из двух составляющих Лф1п п и *mln п, обусловленных взаимодействием первичной обмотки с основной и дополнительной вторичными обмотками.

При определении xmin 0 в приведенные ранее формулы для трансформатора с подвижной обмоткой следует подставить число витков w20, высоты катушки основной обмотки Л20 и части первичной обмотки ками / и 5.

При расчете индуктивного сопротивления хш в приведенную формулу следует подставить U 20,

Трансформаторы с подвижными шунтами, не уступают по массе и энергетическим показателям трансформаторам с подвижными обмотками Эти трансформаторы не имеют узла низкой надежности переключателя в первичной цепи. Однако они не нашли у нас широкого распространения из-за несколько большей трудоемкости их изготовления-

Трансформаторы с дросселями с воздушным лазором. Дроссели обычно устанавливаются во вторичных цепях силового трансформатора. Трансформатор, работающий в комплекте с дросселем, является обычным понижающим силовым трансформатором с нормальным рассеянием и имеет жесткую внешнюю характеристику.

Регулирование индуктивного сопротивления дросселя, а следовательно, и сварочного тока принципиально может осуществляться ступенчато изменением числа витков обмотки и плавно изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя.

Регулирование по первому способу, несмотря на сравнительно более высокую надежность, практического применения не нашло. Это связано с необходимостью в большом числе отводов на обмотке для плавного регулирования и с плохим использованием активных материалов дросселя при данном способе регулирования. В номинальном режиме работы дроссель рассчитан на неполное число витков и уменьшение тока осуществляется введением дополнительных витков, вызывающих рост расчетной мощности дросселя,

Регулирование по второму способу имело у нас достаточно широкое распространение. Дроссель с регулируемым воздушным зазором выполняется отдельно па собственном магнитопроводе или совместно с трансформатором на общей магнитной системе.

Трансформатор содержит первичную обмотку J, вторичную обмотку 2, магнитопроводе, обмотку дросселя 4 и подвижный пакет дросселя 5, Обычно обмотка дросселя включается встречно со вторичной обмоткой трансформатора W2. При нагрузке ноток обмотки дросселя Фдр в среднем ярме направлен встречно потоку Фт трансформатора. Индукция и потери в среднем ярме при таком соединении уменьшаются, появляется возможность несколько снизить его сечение по сравнению с нижним ярмом.

Регулирование тока в трансформаторе производится подвижным пакетом дросселя. С увеличением воздушного зазора 6 индуктивное сопротивление трансформатора снижается и сварочный ток растет. В результате действия электромагнитных сил подвижный пакет дросселя подвержен вибрациям, особенно значительным при малом зазоре 6. Вибрации могут вызвать поломки в подвижном механизме, а также нарушение изоляции обмоток.



По массе такие трансформаторы уступают трансформаторам с подвижными обмотками и подвижными шунтами. Выпуск их в настоящее время во всем мире практически прекращен.

В работе приведена методика точного расчета дроссели с зазором.

5. Обслуживание сварочных трансформаторов

Сварочный ток не должен превышать максимального тока, на который рассчитан данный трансформатор и регулятор. Зажимы на трансформаторе и регуляторе должны быть хорошо затянуты и иметь надежный электрический контакт. Все трущиеся части трансформатора периодически (один раз в 6 месяцев) смазывать смазкой УТ (ГОСТ 1957--52). Появляющиеся на кожухе вмятины выправляют во избежание нарушения нормального охлаждения и предупреждения возможного контакта катушек с кожухом и землей. При переключении трансформатора на другой диапазон регулирования (трансформаторы ТС и ТСК) он должен быть полностью отключен от питающей сети. Для перемещения трансформатора следует пользоваться только ручками, а при подъеме -- рым-гайкой. Запрещается работа трансформатора без кожуха и без заземления. Сварщик не должен касаться металлических токоведущих частей первичной цепи трансформатора.

Трансформаторы следует периодически осматривать с целью своевременного устранения мелких неисправностей, могущих вызвать аварию.

Основные неисправности, возникающие при работе трансформаторов, следующие:

1. Витковое замыкание в обмотках, признаком которого является нагревание, обгорание изоляции и частичное расплавление обмотки. Если в обмотке нет разрывов и замыкание произошло в первичной обмотке трансформатора, то последний будет сильно гудеть, расходовать большое количество тока холостого хода и нагреваться. Для исправления дефекта трансформатор нужно отключить от сети, разобрать и устранить витковое замыкание или перемотать обмотку.

2. Нарушение контактов в соединениях, сопровождающееся нагревом и требующее немедленного устранения. Для этого трансформатор или регулятор отключают, разбирают нагревающееся соединение, плотно пригоняют контактные поверхности и затягивают до отказа болты зажимов.

3. Чрезмерный нагрев сердечника или скрепляющих его шпилек и других частей вследствие порчи их изоляции. Поврежденную изоляцию необходимо заменить новой, разобрав трансформатор.

4. Сильное гудение сердечника, которое появляется в результате ослабления винтового привода сердечника. Необходимо подтянуть шпильки крепления.

5. Повреждение изоляции между обмотками или между обмоткой и корпусом. Этот дефект легко обнаружить с помощью контрольной лампочки или мегомметра. Устранение дефекта требует разборки трансформатора.

Минимальное сечение проводов вторичной цепи при напряжении сети 220 и 380 в берется: для СТЭ-24, ТС-300 -- 70 мм2; для СТЭ-34, ТС-500 -- 185 мм2 или 2X70 мм2



Литература

1. Алексеев Е. К., Мельник В. И. Сварка в промышленном строительстве. ? .· Стройиздат, 2000.

2. Алешин Н. Пм Щербинский В. Г. Контроль качества сварочных работ. М.: Высш. школа, 2006.

3. Безопасность производственных процессов/Под ред. С. В. Белова -- М.: Машиностроение, 1995.

4. Блинов As H.t Лялин К. В- Организация и производство сварочно-монтажных работ, -- М: Стройиздат, 1998.

5. Думов С. И. Технология электрической сварки плавлением.-- Л.: Машиностроение, 2007.

6. В.И. Васильев, Д.П. Ильященко, Н.В. Павлов; Юргинский технологический институт - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010.

Размещено на Allbest.ur