Зварювальні трансформатори - Зварювання металів
Обробка дерева та металу
Зварювальні трансформатори прості за пристроєм, відрізняються малими розмірами та вагою, мають високий к. п. д. Зварювальні трансформатори витрачають електроенергії майже в 2 рази менше в порівнянні з агрегатами постійного струму. зварювальних трансформаторів досягає 85-90%.
Для отримання падаючої характеристики на електродах дуги включають послідовно з дугою в зварювальний ланцюг необхідний опір. З економічних міркувань цей опір має бути суто індуктивним, з мінімальною активною складовою. Індуктивність вторинного ланцюга трансформатора можна збільшити включенням послідовно з дугою індуктивного опору котушки дросельної, відокремленої від трансформатора або об'єднаної з ним. Існують конструкції трансформаторів, індуктивність вторинного ланцюга яких забезпечує необхідну характеристику, що падає.
Таким чином, можна виділити чотири такі основні системи зварювальних трансформаторів: 1) з окремою дросельною котушкою у вторинному ланцюзі; 2) з дросельною котушкою у вторинному ланцюзі, конструктивно об'єднаною в одне ціле з трансформатором; 3) зі збільшеною індуктивністю без дросельної котушки; 4) з рухомою обмоткою; при збільшенні відстані між первинною та вторинною обмотками трансформатора зварювальний струм знижується, при зменшенні відстані – підвищується.
Можливі, звичайно, інші способи регулювання трансформаторів, наприклад шляхом секціонування обмотки і включення різного числа витків. Вілозмінюючи основні схеми та поєднуючи елементи окремих схем, утворюють безліч можливих систем та конструкцій зварювальних трансформаторів. Зварювальні трансформатори виготовляють зазвичай однофазними, сухими,природним повітряним охолодженням.
Прикладом трансформатора з окремою дросельною котушкою можуть бути трансформатори конструкції заводу «Електрик» типу СТЕ. Комплектний зварювальний апарат складається з трансформатора СТЕ та дросельної котушки або регулятора РСТЕ, що включається у вторинний ланцюг послідовно з дугою. Магнітопровід дросельної котушки зроблений роз'ємним. Рухомий осердя магнітопроводу може переміщатися обертанням рукоятки регулятора. Переміщення рухомого сердечника змінює повітряний зазор магнітопроводу і тим самим індуктивний опір дроселя, а отже, і зварювальний струм, оскільки змінюється характеристика, віднесена до електродів дуги. Величини повітряного зазору та зварювального струму контролюють за шкалою покажчика, скріпленого з рухомою частиною магнітопроводу. У першому наближенні можна прийняти, що зварювальний струм змінюється прямо пропорційно до величини повітряного зазору магнітопроводу дросельної котушки.
Трансформатори СТЕ бувають декількох типів, що відрізняються лише потужністю, і розраховані на зварювальний струм 230-500 а для ПР 60%. Невеликі вага та габаритні розміри роблять зварювальні трансформатори досить портативними. Трансформатор та дросель переміщаються на роликах та забезпечені ручками. В даний час трансформатори замінені більш досконалими конструкціями, але слід зауважити, що протягом 30 років ці трансформатори були основними джерелами живлення при ручному дуговому зварюванні.
Вторинне напруження трансформаторів для ручного дугового зварювання з окремою дросельною котушкою становить 60-65 ст. Підвищення вторинної напруги зварювального трансформатора полегшує запалення дуги та робить її стійкішою. З іншого боку, підвищення вторинної напруги збільшує розміри,вага та вартість трансформатора та дросельної котушки, зростає небезпека ураження зварювальника струмом. Зниження напруги погіршує запалення дуги і робить її менш стійкою. Напруга 60—65 в, обране виходячи з багаторічної практики, найбільш прийнятно більшість випадків.
Дугове зварювання, особливо ручне, створює переривчасте навантаження для джерела струму; за горінням дуги йдуть перерви для зміни електродів, зачистки швів і т. д. Режимом навантаження визначається максимальний струм, який може бути отриманий без перегріву джерела обмоток. Режим визначається коефіцієнтом ПР - переривчастої роботи, що є ставлення робочого періоду до тривалості повного циклу роботи, який не повинен перевищувати 5 хв. ПР 100% означає горіння дуги без перерв. ПР 60% показує, що у п'ятихвилинному циклі дуга горить 3 хв, а перерви в горінні займають 2 хв. Що менше ПР, то більша максимально допустима сила струму.
Прикладом зварювальних трансформаторів, конструктивно поєднаних в одне ціле з дросельною котушкою, можуть бути трансформатори СТН, запропоновані акад. В. П. Нікітіним ще в 1925 р. Трансформатори СТН для ручного та автоматичного зварювання були розраховані на зварювальні струми до 2000 а. Нині виробництво цих трансформаторів припинено.
Сучасні трансформатори зі збільшеним внутрішнім магнітним розсіюванням без дросельних котушок мають пакети розсіювання, набрані з трансформаторної сталі, або обмотки рухомі трансформатора. Переміщуючи пакети розсіювання, змінюють потоки розсіювання трансформатора. Зі збільшенням потоків розсіювання зварювальний струм зменшується, зі зменшенням – зростає. У трансформаторах з рухомими обмотками, зменшуючи відстань між первинною та вторинною обмотками, збільшують зварювальний струм,і навпаки.
Найбільш поширені трансформатори для ручного дугового зварювання на номінальні зварювальні струми 300 та 500 а. Прикладом сучасного трансформатора може бути трансформатор СТШ -500, розроблений Інститутом електрозварювання ім. Е. О. Патона (рис. 4). Його номінальний зварювальний струм 500 а при ПР 60%, вторинна напруга холостого ходу 60, вага 220 кг. Плавне регулювання зварювального струму здійснюється за допомогою двох рухомих магнітних шунтів. Трансформатор має високу надійність у роботі.
Аналогічний трансформатор ТД-500 (рис. 6), розроблений у внієсо, має два діапазони регулювання зварювального струму: 85-240 і 240-700 а. Номінальний зварювальний струм 500 при ПР 60%; вторинна напруга холостого ходу 76 Для менших і 60 для великих струмів; вага 210 кг. Дещо менший за потужністю трансформатор ТД-300 розрахований на номінальний зварювальний струм 300 а при ПР 60% з межами регулювання 60-400 а і двома робочими діапазонами з напругою 61 і 79 в; вага 137 кг. Відстань між первинною та вторинною обмотками трансформаторів ТД-500 та ТД-300 регулюють обертанням рукоятки на корпусі. Зазначені трансформатори досить компактні та транспортабельні, за наявності роликів легко переміщуються у заводських цехах.
У деяких випадках необхідні як пересувні, а й переносні зварювальні трансформатори. За рахунок економного конструювання, застосування кращих матеріалів та ізоляції, що допускає більш високе нагрівання, вдалося створити легкі переносні зварювальні трансформатори для будівельних, монтажних, ремонтних тощо. Такий трансформатор ТСП-2, розроблений ВНДІЕСО, показаний на рис. 7. Він розрахований на уривчасту роботу з ПР 20% та номінальний зварювальний струм 300 а;напруга холостого ходу 62 ст.
На рис. 8 показано пристрій для розсування обмоток (як трансформаторів ТД). Вага трансформатора ТСП-2 всього 65 кг. Існують ще легші переносні трансформатори. Наприклад, трансформатор ВНДІЕСО ТДП -1 (номінальний зварювальний струм 160 а ПР 20%) важить лише 38 кг, а трансформатор СТШ -250, розроблений Інститутом електрозварювання ім. Е. О. Патона (рис. 9), з номінальним зварювальним струмом 250 а при ПР 20%, з напругою холостого ходу 60 важить 40 кг. Крім розглянутих трансформаторів для ручного дугового зварювання, виготовляється велика кількість зварювальних трансформаторів спеціальних типів для автоматичного дугового зварювання, дугового зварювання в захисних газах, електрошлакового зварювання і т. д. Про деякі спеціальні трансформатори буде згадано далі, при розгляді відповідних видів.
Істотним недоліком зварювальних трансформаторів є низький коефіцієнт потужності cos