Трансформаторы являются устройствами, предназначенными для повышения и понижения переменного напряжения. При этом частота тока не меняется, также, как и практически не изменяются его мощностные характеристики. Каким бы ни был трансформатор (по разным критериям их можно разделить на несколько групп), он имеет ряд сходных характеристик, на которые следует обращать особое внимание, не только во время эксплуатации, но и во время проверки работоспособности устройства.
Трансформаторы и режимы их работы
Работа всех трансформаторных устройств, а их около десятка различных видов, способны соответствует одному из трех основных режимов:
- Холостому ходу.
- Короткому замыканию.
- Нагрузочному режиму.
Один из наиболее важных режимов - холостой ход трансформатора, ведь именно на основании информативных показателей опытов холостого хода проводится доскональный анализ любого их режимов. Для этого также требуются параметры схемы замещения.
Как определить коэффициент трансформации и другие параметры?
Что такое «холостой ход трансформатора»? По сути, это особый режим работы устройства, условием которого является разомкнутость вторичной обмотки, а первичная обмотка имеет номинальное напряжение. В таком состоянии, при проведении ряда расчетов, можно определить точные параметры целого ряда показателей, например, для трансформаторных устройств распространенного однофазного типа так рассчитываются:
- коэффициент трансформации;
- активное, полное, индуктивное сопротивление ветви намагничивания;
- коэффициент мощности, процентное значение тока и измерения холостого хода.
Алгоритм проведения измерений холостого хода выглядит так:
- Измеряется ток, который был приложен к первичной обмотке, посредством измерительных приборов, которые включены в общую цепь.
- Замыкается вторичная обмотка на вольтметре. Сопротивление должно быть такой величины, чтобы значение тока вторичной обмотки приближалось к минимальной отметке.
- Величина тока холостого хода в первичной обмотке минимальна относительно значения номинала, если сравнивать с прикладываемым напряжением, которое приводит в равновесие электродвижущая сила первичной обмотки. И оба этих показателя отличаются незначительно, а значит значение хода электродвижущей силы в первичной обмотке можно определить по данным вольтметра.
Наиболее точные искомые значения можно получить, используя обмотки различного напряжения - низкого и высокого. Точность таких измерений будет определяться разницей номиналов между ними.
Причины и следствия потерь холостого хода трансформатора
Потери холостого хода трансформаторных устройств любого типа — это следствие износа устройств. Со временем их магнитная система и структура используемого металла стареет и меняется, межлистовая изоляция становится хуже, а прессовка сердечника ослабляется. Естественно, вы это негативно сказывается на уровне потерь электроэнергии.
Практика показывает, что вопреки установленных нормам, согласно которым потери могут отличаться от заводских показателей не более, чем на пять процентов, во многих случаях они превышают порог в пятьдесят процентов. Особенно это касается трансформаторов силового типа. Данные измерений такого типа устройств позволяют довольно точно прогнозировать потери энергии в каждом отдельном муниципалитете.
Занимаясь поисками подходящего сварочного трансформатора, многие отказываются от заводских моделей в пользу самодельных. Причины такого решения могут быть самые разнообразные, начиная от неприемлемых цен и заканчивая желанием сделать сварочный трансформатор самостоятельно. По сути особых сложностей в том, как сделать сварочный трансформатор, нет, к тому же, самодельный сварочный трансформатор может по праву считаться предметом гордости любого хозяина. Но при его создании невозможно обойтись без знаний об устройстве и схеме трансформатора, его характеристиках и расчетах по ним.
Любой электроинструмент обладает определенными рабочими характеристиками и сварочный трансформатор не исключение. Но кроме привычных, таких как мощность, количество фаз и требуемое для работы напряжение в сети, сварочный трансформатор имеет целый набор уникальных характеристик, каждая из которых позволит безошибочно подобрать в магазине аппарат под определенный вид работ. Для тех же, кто собирается изготовить сварочный трансформатор своими руками, знание этих характеристик потребуется для выполнения расчетов.
Но прежде чем перейти к детальному описанию каждой характеристики, необходимо разобраться, что собой представляет базовый принцип работы сварочного трансформатора. Он довольно прост и заключается в преобразовании входящего напряжения, а именно его понижении. Понижающая вольтамперная характеристика сварочного трансформатора имеет следующую зависимость - при понижении напряжения (Вольт) возрастает сила тока сварки (Ампер), что и позволяет плавить и сваривать металл. На основе этого принципа и построена вся работа сварочного трансформатора, а также связанные с ней другие рабочие характеристики.
Напряжение сети и количество фаз
С этой характеристикой все довольно просто. Она указывает на требуемое для работы сварочного трансформатора напряжение. Это может быть 220 В или 380 В. На практике напряжение в сети может немного колебаться в пределах +/- 10 В, что может сказаться на стабильной работе трансформатора. При расчетах для сварочного трансформатора напряжение в сети является основополагающей характеристикой для расчетов. К тому же, от напряжения в сети зависит количество фаз. Для 220 В - это две фазы, для 380 В - три. В расчетах это не учитывается, но для подключения сварочного аппарата и его работы это важный момент. Также есть отдельная категория трансформаторов, которые могут работать как от 220 В, так и от 380 В.
Номинальный сварочный ток трансформатора
Это основная рабочая характеристика любого сварочного трансформатора. От величины силы сварочного тока зависит возможность резки и сварки металла. Во всех сварочных трансформаторах это значение указывается максимальным, так как именно столько способен выдать трансформатор на пределе возможностей. Конечно, номинальный сварочный ток можно регулировать для возможности работы электродами различного диаметра, и для этого в трансформаторах предусмотрен специальный регулятор. Необходимо отметить, что для бытовых сварочных трансформаторов, созданных своими руками, сварочный ток не превышает 160 - 200 А. Это связано в первую очередь с весом самого трансформатора. Ведь чем больше сила сварочного тока, тем больше требуется витков медного провода, а это лишние неподъемные килограммы. В дополнение на сварочный трансформатор цена зависит от металла для проводов обмоток, и чем больше провода было потрачено, тем дороже обойдется сам аппарат.
В работе со сварочным трансформатором для сварки металла используются наплавляемые электроды различного диаметра. При этом возможность использовать электрод определенного диаметра зависит от двух факторов. Первый - номинальный сварочный ток трансформатора. Второй - толщина металла. В приведенной ниже таблице указаны диаметры электродов в зависимости от толщины металла и сварочного тока самого трансформатора.
Как видно из этой таблицы, использование 2 мм электрода будет просто бессмысленным при силе тока в 200 А. Или наоборот, 4 мм электрод бесполезен при силе тока в 100 А. Но довольно часто приходится выполнять сварку металла различной толщины одним и тем же аппаратом и для этого сварочные трансформаторы оборудуются регуляторами силы тока.
Пределы регулирования сварочного тока
Для сварки металла различной толщины используются электроды различного диаметра. Но если сила сварочного тока будет слишком большой, то металл при сварке прогорит, а если слишком маленькой, то не удастся его расплавить. Потому в сварочных трансформаторах для этих целей встраивается специальный регулятор, позволяющий понижать номинальный сварочный ток до определенного значения. Обычно в самодельных сварочных трансформаторах создается несколько ступеней регулировки, начиная от 50 А и заканчивая 200 А.
Номинальное рабочее напряжение
Как уже отмечалось, сварочный трансформатор преобразует входящее напряжение до более низкого значения, составляющего 30 - 60 В. Это и есть номинальное рабочее напряжение, которое необходимо для поддержания стабильного горения дуги. Также от этого параметра зависит возможность сварки металла определенной толщины. Так для сварки тонколистового металла требуется низкое напряжение, а для более толстого - высокое. При расчетах этот показатель весьма важен.
Номинальный режим работы
Одной из ключевых рабочих характеристик сварочного трансформатора является его номинальный режим работы. Он указывает на период беспрерывной работы. Этот показатель для заводских сварочных трансформаторов обычно составляет около 40%, а вот для самодельных он может быть не выше 20 - 30%. Это значит, что из 10 минут работы можно беспрерывно варить 3 минуты, а 7 давать отдохнуть.
Мощность потребления и выходная
Как и любой другой электроинструмент, сварочный трансформатор потребляет электроэнергию. При расчетах и создании трансформатора показатель потребляемой мощности играет важную роль. Что касается выходной мощности, то её также следует учитывать, так как коэффициент полезного действия сварочного трансформатора напрямую зависит от разницы между этими двумя показателями. И чем меньше эта разница, тем лучше.
Напряжение холостого хода
Одной из важных рабочих характеристик является напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Эта характеристика отвечает за легкость появления сварочной дуги, и чем выше будет напряжение, тем легче появится дуга. Но есть один важный момент. Для обеспечения безопасности человека, работающего с аппаратом, напряжение ограничивается 80 В.
Схема сварочного трансформатора
Как уже отмечалось, принцип работы сварочного трансформатора заключается в понижении напряжения и повышении силы тока. В большинстве случаев устройство сварочного трансформатора довольно простое. Он состоит из металлического сердечника, двух обмоток - первичной и вторичной. На представленном ниже фото изображено устройство сварочного трансформатора.
С развитием электротехники принципиальная схема сварочного трансформатора совершенствовалась, и сегодня производятся сварочные аппараты, в схеме которых используются дроссели, диодный мост и регуляторы силы тока. На представленной схеме видно, как диодный мост интегрирован в сварочный трансформатор (фото ниже).
Одним из самых популярных самодельных сварочных трансформаторов является трансформатор с тороидальным сердечником, в силу его малого веса и прекрасных рабочих характеристик. Схема такого трансформатора представлена ниже.
Сегодня существует множество различных схем сварочных трансформаторов, начиная от классических и заканчивая схемами инверторов и выпрямителей. Но для создания сварочного трансформатора своими руками лучше выбирать более простую и надежную схему, не требующую использования дорогой электроники. Как, например, сварочный тороидальный трансформатор или трансформатор с дросселем и диодным мостом. В любом случае для создания сварочного трансформатора, кроме схемы, придется выполнить определенные расчеты, чтобы получить требуемые рабочие характеристики.
При создании сварочного трансформатора под конкретные цели приходится определять его рабочие характеристики заранее. Кроме этого, расчет сварочного трансформатора выполняется для определения количества витков первичной и вторичной обмоток, площади сечения сердечника и его окна, мощности трансформатора, напряжения дуги и прочего.
Для выполнения расчетов потребуются следующие исходные данные :
- входящее напряжение первичной обмотки (В) U1;
- номинальное напряжение вторичной обмотки (В) U2;
- номинальная сила тока вторичной обмотки (А) I;
- площадь сердечника (см2) Sс;
- площадь окна (см2)So;
- плотность тока в обмотке (A/мм2).
Рассмотрим на примере расчета для тороидального трансформатора со следующими параметрами: входящее напряжение U1=220 В, номинальное напряжение вторичной обмотки U2=70 В, номинальная сила тока вторичной обмотки 200 А, площадь сердечника Sс=45 см2, площадь окна So=80 см2, плотность тока в обмотке составляет 3 A/мм2.
Вначале рассчитываем мощность тороидального трансформатора по формуле:
P габаритн = 1,9*Sc*So . В результате получим 6840 Вт или упрощенно 6,8 кВт.
Важно! Данная формула применима только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 1,7. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш - 1,5.
Следующим шагом будет расчет количества витков для первичной и вторичной обмоток. Чтобы это сделать, вначале придется вычислить необходимое количество витков на 1 В. Для этого используем следующую формулу: K = 35/S . В результате получим 0,77 витка на 1 В потребляемого напряжения.
Важно! Как и в первой формуле, коэффициент 35 применим только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 40. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш - 50.
Далее рассчитываем максимальный ток первичной обмотки по формуле: Imax = P/U . В результате получим ток для первичной обмотки 6480/220=31 А. Для вторичной обмотки силу тока берем за константу в 200 А, так как возможно придется варить электродами с диаметром от 2 до 3 мм металл различной толщины. Конечно, на практике 200 А - это предельная сила тока, но запас в пару десятков ампер позволит аппарату работать более надежно.
Теперь на основании полученных данных рассчитываем количество витков для первичной и вторичной обмоток в трансформаторе со ступенчатым регулированием в первичной обмотке. Расчет для вторичной обмотки выполняем по следующей формуле W2 =U2*K , в результате получим 54 витка. Далее переходим к расчету ступеней первичной обмотки. Для этого используем формулу W1ст = (220*W2)/Uст .
Uст - необходимое выходное напряжение вторичной обмотки.
W2 - количество витков вторичной обмотки.
W1ст - количество витков первичной обмотки определенной ступени.
Но прежде чем приступить к расчету витков ступеней первичной обмотки, необходимо определить напряжение для каждого. Сделать это можно по формуле U=P/I , где:
P - мощность (Вт).
U - напряжение (В).
I - ток (А).
Например, нам требуется сделать четыре ступени со следующими показателями номинальной силы тока на вторичной обмотке: 160 А, 130 А, 100 А и 90 А. Такой разброс понадобится для использования электродов различного диаметра и сварки металла различной толщины. В результате получим Uст = 40,5 В для первой ступени, 50 В для второй ступени, 65 В для третьей ступени и 72 В для четвертой. Подставив полученные данные в формулу W1ст = (220*W2)/Uст , рассчитываем количество витков для каждой ступени. W1ст1 = 293 витка, W1ст2 = 238 витков, W1ст3 = 182 витка, W1ст4 = 165 витков. В процессе намотки провода на каждом из этих витков делается отвод для регулятора.
Осталось рассчитать сечение провода для первичной и вторичной обмоток. Для этого используем показатель плотности тока в проводе, который равен 3 A/мм2. Формула довольно проста - необходимо максимальный ток каждой из обмоток разделить на плотность тока в проводке. В результате получим для первичной обмотки сечение провода Sперв = 10 мм2. Для вторичной обмотки сечение провода Sвтор = 66 мм2.
Создавая сварочный трансформатор своими руками, необходимо выполнить все вышеперечисленные расчеты. Это поможет правильно подобрать все необходимые детали и затем собрать из них аппарат. Для новичка выполнение расчетов может показаться весьма запутанным занятием, но если вникнуть в суть выполняемых действий, все окажется не таким уж и сложным.
Трансформатор, как любое электромагнитное устройство, имеет несколько устойчивых режимов, в которых может (и должен) работать неограниченно долго.
Режимы работы трансформатора
Существует пять характерных режимов работы трансформатора:
- Рабочий режим;
- Номинальный режим;
- Оптимальный режим;
- Режим холостого хода;
- Режим короткого замыкания;
Рабочий режим
Режим характеризуется следующими признаками:
- Напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему \(\dot{u}_1 ≈ \dot{u}_{1ном}\);
- Ток первичной обмотки меньше своего номинального значения или равен ему \(\dot{i}_1 ≤ \dot{i}_1ном\).
В рабочем режиме эксплуатируются большинство трансформаторов. Например, силовые трансформаторы работают с напряжениями и токами обмоток отличными от номинальных. Так происходит из-за переменчивого характера их нагрузки.
Измерительные, импульсные, сварочные, разделительные, выпрямительные, вольтодобавочные и другие трансформаторы, также обычно эксплуатируются в рабочем режиме просто из-за того, что напряжение сети к которой они подключены отличается от номинального.
Номинальный режим работы
Характерные признаки режима:
- Напряжение первичной обмотки равно номинальному \(\dot{u}_1 = \dot{u}_{1ном}\);
- Ток первичной обмотки равен номинальному \(\dot{i}_1 = \dot{i}_{1ном}\).
Номинальный режим работы является частным случаем рабочего режима. В таком режиме могут работать все трансформаторы, но как правило, с бóльшими в сравнении с рабочим режимом потерями и как следствие, с меньшим КПД (коэффициентом полезного действия). Из-за этого при эксплуатации трансформатора его избегают.
Оптимальный режим работы
Режим характеризуется условием:
\begin{equation} k_{нг} = \sqrt{P_{хх}\over P_{кз}} \end{equation}
Где \(P_{хх}\) — потери холостого хода;
\(P_{кз}\) — потери короткого замыкания;
\(k_{нг}\) — коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый по формуле:
\begin{equation} k_{нг} = {I_2\over I_{2ном}} \end{equation}
Где \(P_2\) — ток нагрузки вторичной обмотки;
\(P_{2ном}\) — номинальный ток вторичной обмотки.
В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) по существу представляет собой условие максимального КПД (Смотри «Трансформаторы. Оптимальный режим работы»).
Режим холостого хода
Характерные признаки режима:
- Вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением гораздо большим сопротивления номинальной нагрузки обмотки(1) трансформатора;
- К первичной обмотке приложено напряжение \(\dot{u}_{1хх} = \dot{u}_{1ном}\);
- Ток вторичной обмотки \(\dot{i}_2 ≈ 0\) (для трехфазного трансформатора — \(\dot{i}_{2ф} ≈ \dot{i}_{2л} ≈ 0\).
На рисунке 1 изображена схема опыта холостого хода однофазного, а на рисунке 2 — трехфазного двухобмоточных трансформаторов.
Рисунок 1 — Схема опыта холостого хода однофазного двухобмоточного трансформатора
Рисунок 2 — Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора
По существу в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода является рабочим для трансформаторов напряжения. Кроме того, этот режим служит для определения тока \(i_х\), мощности \(ΔQ_хх\) холостого хода и ряда других параметров (смотри «Опыт холостого хода трансформатора»).
- Примечание
:
- Под сопротивлением номинальной нагрузки обмотки понимается величина \(R_{Нном}\), равная отношению номинального напряжения обмотки \(U_{ном}\) к её номинальному току обмотки \(I_{ном}\)
Режим короткого замыкания
Режим короткого замыкания характеризуется:
- Вторичная обмотка замкнута накоротко или к ней подключена нагрузка сопротивлением гораздо меньшим внутреннего сопротивления трансформатора;
- К первичной обмотке приложена такая величина напряжения \(\dot{u}_1\), что ток первичной обмотки равен её номинальному току \(\dot{i}_1 = \dot{i}_{1ном}\)
- Напряжение вторичной обмотки \(\dot{u}_2 = 0\) (для трехфазного трансформатора — \(\dot{u}_{2ф} = \dot{u}_{2л} = 0\).
Схема опыта короткого замыкания изображена на рисунке 3 для однофазного, а на рисунке 4 — для трехфазного двухобмоточных трансформаторов.
Рисунок 3 — Схема опыта короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора
Рисунок 4 — Схема опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора
Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов. Также он используется для определения напряжения \(u_к\), мощности \(ΔP_кз\) короткого замыкания и других параметров трансформатора (смотри «Опыт короткого замыкания трансформатора»).
Список использованных источников
- Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: учебник / Л.А. Бессонов — Москва: Высшая школа, 1996 — 623 с.
- Вольдек, А.И. Электрические машины: учебник для студентов вузов / А.И. Вольдек — СПб.: Энергия, 1978 — 832 с.
- Касаткин А.С. Электротехника: учебное пособие для вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов — Москва: Энергоатомиздат, 1995 — 240 с.
Или наоборот, сварочный инвертор под электростанцию?
При выборе электростанции (электрического генератора) для сварочного инвертора многие задаются следующими вопросами:
— какую выбрать мощность электростанции для полноценной работы сварочного инвертора?
— что именно необходимо учитывать при подключении сварочного инвертора к электростанции?
В данной статье мы постараемся полностью ответить на данные вопросы и рассмотрим каждый пункт по-отдельности.
Чтобы приступить к расчетам мощности, необходимо сперва взглянуть на технические характеристики, которые указаны на странице о товаре или в техническом паспорте сварочного инвертора.
К примеру, возьмем обычный аппарат, у которого максимальный ток сварки: 160А
У каждого инверторного аппарата есть своя регулировка тока сварки, например: от 10 до 160 ампер.
Это значит, что сварщик может использовать как средний, так и максимальный ток сварки (редко кто использует минимальный). Но производители частенько пишут просто «мощность» или «потребляемая мощность», забывая упомянуть (иногда специально) о «максимальной потребляемой мощности». Не следует сразу же паниковать, необходимо во всем разобраться по порядку.
Чтобы рассчитать максимальную потребляемую мощность, необходимо умножить максимальный сварочный ток (у нас 160А) на напряжение дуги (как правило, 25В), и затем разделить полученное значение на КПД сварочного инвертора (обычно 0,85).
У всех инверторов на 160А примерно одинаковые показатели КПД, а вот напряжение на дуге может отличаться. Чтобы сверить показатели, необходимо взять в руки (или скачать с сайта) паспорт на оборудование.
Теперь получаем формулу: 160А*25В/0,85=4705 Вт
Результат 4705Вт и будет являться максимальной мощностью сварочного инвертора. Теперь следует рассчитать среднюю мощность. Что же такое эта средняя мощность сварочного инвертора?
Это максимальная мощность с поправкой на «Продолжительность Включения» или просто «ПВ». Ни один сварочный инвертор не сможет работать на максимальном токе сварки постоянно, поскольку сварщик не может «жарить» электроды без перерыва.
К примеру, у нашего аппарата ПВ составляет 40%. Следовательно, средняя мощность сварочного инвертора равна:
4705Вт*0,4=1882Вт
Как видите, это совсем не сложно. Так как мы разобрались с мощностью инвертора, теперь можно перейти и к выбору генератора.
Подбирать электростанцию следует по максимальной потребляемой мощности, прибавив примерно 20%-30% к запасу энергии, чтобы не «насиловать» генератор и не эксплуатировать его на пределе своих возможностей.
Обязательно следует отметить, что потребляемая мощность сварочного инвертора обозначается всегда в «кВт», а вырабатываемая мощность генератора может быть в «кВА» вместо «кВт».
Это просто необходимо учесть при расчете. Из-за того, что большинство поставщиков завозит продукцию из Китая (там самые дешевые электростанции), перевод на российские значения происходит не всегда.
Также иногда «особо жадные» продавцы в России пишут на генераторах максимальную мощность не в кВА, а в кВт. Поскольку практически все генераторы из-за рубежа вырабатывают мощность в кВА (кило Вольт Ампер), то следует уточнять эту информацию у продавца, например, запросив паспорт.
Если у выбранного вами генератора значение мощности все-таки в «кВА», то произвести расчет можно по следующей формуле: 1кВт=1кВА*КМ («Коэффициент Мощности»).
кВт — потребляемая мощность инвертора, кВА — мощность генератора. Необходимо отметить, что некоторые зарубежные производители умудряются писать «кос. фи» вместо «КМ».
Напряжение холостого хода- какое лучше?
Косинус фи — совсем другая величина, которая к сварочным инверторам не имеет никакого отношения. Коэффициент Мощности сварочных инверторов всегда варьируется от 0,6 до 0,7.
Необходимо это запомнить.
Теперь представим, что наш генератор на 5кВА, а сварочный инвертор с КМ равен 0,6 (если уверены в качестве инвертора, то берите КМ — 0,7). Следуя нашей формуле, 5кВА*0,6=3кВт — это значение сварочного инвертора, которое максимум «потянет» наша электростанция.
Если применим эти вычисления для нашего инвертора на 160А с максимальной потребляемой мощностью равной 4705Вт, то получим: 4705Вт/0,6=7841кВА. Добавьте сюда запас в 20% для генератора и получите такую цену на генератор, что желание такого подключения может сразу отпасть.
Но здесь есть и хорошие новости.
Если потребляемая мощность инвертора превышает максимально допустимую мощность генератора, их все равно можно подключать вместе, соблюдая при этом некоторые правила.
Не следует «накручивать» сварочный ток сварочного инвертора больше допустимого предела по мощности. Тогда можно работать таким образом сколько угодно. Чтобы узнать максимальный предел допустимой «накрутки» сварочного тока, необходимо произвести следующее вычисление.
Возьмем максимально допустимую потребляемую мощность инвертора в 3 кВт, умножим её на КПД инвертора и поделим на напряжение дуги.
Чтобы получить максимальный сварочный ток при работе от электростанции, которая составляет 5кВА, необходимо:
3000Вт*0,85/25В=102А
Это и есть максимальный сварочный ток, которым можно работать в данных условиях от электростанции, мощностью 5кВА. Не густо конечно, но работать электродом 2-3мм можно вполне спокойно.
Теперь вы знаете, какой генератор выбрать к сварочному инвертору.
Мы постарались в максимально простой форме объяснить вам эти нюансы. Думаю, примеры помогут гораздо легче их освоить. Если мы помогли Вам этой статьей, значит, наши специалисты трудились над ней не напрасно.
Глава 3. Сварочная дуга и требования к источникам ее питания
Общие сведения об источниках питания сварочной дуги
К источникам питания сварочной дуги предъявляются технические требования, связанные со статической характеристикой дуги, процессом плавления и переноса металла при сварке.
Эти источники значительно отличаются от электрических аппаратов, применяемых для питания током силовых и осветительных установок, и имеют следующие отличительные особенности:
- сварочные аппараты должны быть оборудованы устройством для регулирования силы сварочного тока, максимальное значение которого ограничивается определенной величиной;
- ток кратковременного короткого замыкания, возникающий в момент касания электродом изделия и при переносе расплавленного металла на изделие, должен быть определенной величины, безопасной для перегрева аппарата и пережога обмоток и достаточной для быстрого разогрева конца электрода, ионизации дугового пространства и возникновения дуги;
- напряжение холостого хода должно обеспечивать быстрое зажигание дуги, но не создавать опасности поражения сварщика электрическим током при соблюдении работающим правил безопасности; обычно оно в 1,8-2,5 раза больше рабочего напряжения дуги и находится в пределах 60-80 В.
В правилах устройства электроустановок указаны предельные величины напряжения холостого хода аппаратов ручной дуговой сварки - постоянного тока 100 В (средняя величина), переменного 80 В;
- в процессе ручной сварки в зависимости от применяемой марки электродов и мастерства сварщика длина дуги может меняться в пределах 3-5мм и соответственно будет меняться напряжение дуги, однако при этом лишь незначительно может меняться установленная сила тока, обеспечивающая требуемый тепловой режим сварки.
Все указанные требования учитываются внешней вольтамперной характеристикой источника питания, которой называется зависимость между величиной сварочного тока и напряжения на выходных клеммах сварочного аппарата.
Различают несколько типов внешних характеристик (рис. 3.7); крутопадающую I, пологопадающую II, жесткую III и возрастающую IV. Для ручной дуговой сварки используют источники питания с крутопадающей характеристикой, которая наиболее отвечает требованиям данного процесса: при изменении длины дуги, неизбежном во время ручной сварки, незначительно изменяется напряжение, а сила тока практически остается постоянной.
Напряжение холостого хода достаточно высокое для зажигания дуги в начале работы. Источники с крутопадающей характеристикой используют также для сварки в защитном газе неплавящимся электродом и для сварки под флюсом. Источники с другими типами внешних характеристик используют для сварки под флюсом, сварки тонкой проволокой, электрошлаковой сварки и для многопостовых установок.
Холостой ход
3.7. Внешние вольт-амперные характеристики источников питания
/ - крутопадающая, // - пологопадающая, /// - жесткая, IV - возрастающая
Кроме указанных внешних характеристик источники питания дуги должны обладать хорошими динамическими свойствами - должны быстро реагировать на перерывы при копотком замыкании и восстанавливать горение дуги.
Для сварочных генераторов Государственным стандартом СССР установлен динамический показатель времени восстановления напряжения от нуля до рабочего (восстановления дуги) не более 0,3 с.
Источники питания для ручной дуговой сварки работают в режиме ПН (продолжительности нагрузки) или ПР (продолжительности работы), что равнозначно. При этих режимах установленная неизменная нагрузка (сварочный ток) чередуется с холостым ходом источника, когда в сварочной электрической цепи ток практически отсутствует.
Продолжительность работы не должна быть настолько длительной, чтобы температура нагрева источника могла достигнуть значения, недопустимого для него. Этот режим определяется отношением времени сварки tcв к сумме времени сварки и времени холостого хода источника tx,x:
Величина ПН источников для ручной дуговой сварки обычно равна 60%, продолжительность цикла (tсв+tx,x) источников переменного тока - трансформаторов- 300 с (5 мин), источников постоянного тока 300 и 600 с (5 и 10 мин).
За время tx,x происходит охлаждение источника, нагретого во время tсв.
Если вместо холостого хода в перерывах происходит отключение источника питания (пауза), то такой режим называют повторно-кратковременным (ПВ). Он определяется также в процентах
где tп - время паузы, при котором отсутствуют потерн энергии, имеющиеся при холостом ходе (tx,x).
Повторно-кратковременный режим исрользуют при работе сварочными полуавтоматами. Постоянный рабочий режим (ПВ = 100 %) используют для установок автоматизированной сварки или для автоматов.
Сварочный ток, напряжение и мощность, при которых не происходит перегрев источника в максимальном расчетном режиме, называют номинальными.
При использовании многопостовых источников сварочного тока ‘(выпрямителей, преобразователей) необходимо, чтобы они имели жесткую вольтамперную характеристику, а отдельные посты, снабженные балластными реостатами, обеспечивали бы крутопадающие внешние характеристики каждого поста и возможность регулирования реостатом силы сварочного тока.
Сварочным постом называют специально оборудованное рабочее место для сварки. Однопостовой источник обслуживает один пост, многопостовой - несколько постов.
Важной характеристикой источников сварочного тока является коэффициент полезного действия π1 который равен отношению полезной мощности источника Р к его полной потребляемой мощности Рп:
Полезная мощность источника постоянного тока определяется произведением номинального тока на номинальное напряжение
Потребляемая мощность Рп - мощность источника при номинальных /, U и Р с учетом потерь на трение и электрическое сопротивление источника, т.
е. потерь в самом источнике.
Для чего служит сварочный трансформатор
Сварочные трансформаторы используются для электродуговой сварки переменным током.
Сварочными устройствами постоянного тока называются преобразователями, выпрямителями
 |
или инверторами. Маркировка трансформаторов для ручной сварки плавящимся электродом выглядит следующим образом, ТДМ-316, что означает:
- Т — трансформатор сварочный;
- Д — дуговая электросварка;
- М — механизм регулирования тока сварки;
- 31 — максимальное значение сварочного тока 310 А;
- 6 — номер модели трансформатора.
Устройство сварочного трансформатора включает магнитопровод в виде набранного из пластин стального сердечника, и двух изолированных обмоток. Первичная обмотка подключается к силовой сети (220 или 380В), а вторичная одним концом к держателю сварочного электрода, а другим к свариваемой детали.
Вторичная обмотка состоит из двух частей на разных катушках. Одна из них подвижная и выполняет функцию дросселирующего устройства управления сварочным током. Перемещение дроссельной обмотки вдоль магнитопровода осуществляется винтом управления. Величина воздушного зазора между первичной и подвижной частью вторичной обмотки определяет значение сварочного тока.
Изменение тока совпадает с изменением воздушного зазора. Т.е. с увеличением зазора ток увеличивается (во многих статьях можно встретить ошибочные данные по направлению изменения тока и зазора). Обычно сварочные трансформаторы имеют диапазоны регулирования от 60 до 400А. Напряжение холостого хода трансформатора составляет 60-65В. При зажигании дуги напряжение падает до рабочего значения 35-40В. Сварочные трансформаторы имеют защиту от короткого замыкания. Внешняя вольтамперная характеристика для дуговой сварки является падающей.
На фото 1 устройство сварочного трансформатора серии ТДМ представлено схематическим изображением:
- Поз.
1 – первичная обмотка трансформатора из изолированного провода.
- Поз. 2 – вторичная обмотка не изолирована, с воздушными каналами для лучшего режима охлаждения.
- Поз. 3 – подвижная составляющая магнитопровода.
- Поз. 4 – система подвеса трансформатора в корпусе агрегата.
- Поз. 5 – система управления воздушным зазором.
- Поз.6 – ходовой винт управления воздушным зазором.
- Поз.
7 – рукоятка привода управляющего винта.
Промышленные сварочные агрегаты представляют собой многопостовые устройства. Для возможности перемещения нижняя рама выполняется в виде шасси с одной или двумя парами колес.
Сам трансформатор в корпусе крепиться на аммартизирующей подвеске. Сварочные трансформаторы для сварки постоянным током дооборудуются выпрямляющими (диодными) приставками или инвертором постоянного тока.
Устройство сварочных трансформаторов
Полезная информация — Применение сварочного оборудования
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 сваролчные 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 ?).
Сварочныу 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.
Правила техники безопасности при эксплуатации сварочных трансформаторов.
В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы.
Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу.
Каким должно быть напряжение холостого хода сварочного инвертора?
Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т.
е. иа электрододержателе.Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.
При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства - ограничители холостого хода.
Pereosnastka.ru
Устройство сварочного трансформатора
Сведения о сварке
Устройство сварочного трансформатора
Сварочный трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты и служит для питания сварочной дуги.
Трансформатор имеет стальной сердечник (магнитопровод) и две изолированные обмотки. Обмотка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и свариваемому изделию,- вторичной.
Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60-65 В; напряжение дуги при ручной сварке обычно не превышает 20-30 В.
1. Сварочный трансформатор ТСК-500: а - вид без кожуха, б - схема регулирования сварочного тока, в - электрическая схема
Одним из наиболее распространенных источников питания переменного тока является сварочный трансформатор ТСК-500 (рис.1).
В нижней части сердечника находится первичная обмотка, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток соединены параллельно.
Вторичная обмотка- подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта, с которым она связана, и рукоятки, находящейся на крышке кожуха трансформатора.
Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 6 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает.
При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет (индуктивное сопротивление увеличивается) и сварочный ток уменьшается.
Пределы регулирования сварочного тока- 165-650 А.
Для приближенной установки силы сварочного тока на верхней крышке кожуха расположена шкала с делениями. Более точно сила тока определяется по амперметру.
Сварочный трансформатор ТСК-500 в отличие от ТС-500 имеет в первичной цепи конденсатор 4 большой мощности. Конденсатор включается параллельно первичной обмотке и предназначен для повышения коэффициента мощности (косинуса «фи»).
Однотипными, но меньшей мощности, являются трансформаторы ТС-300 и ТСК-300.
Трансформаторы ТД-500 и ТД-300 работают по такому же принципу, но для переключения обмоток с параллельного на последовательное соединение снабжены переключателями барабанного типа.
Устройство сварочного выпрямителя
Статьи по теме:
Понятие сварочного трансформатора
Сварочный трансформатор
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.
Классификация сварочных трансформаторов
В зависимости от способа питания контактных машин все сварочные трансформаторы делятся на две основные группы:
- Сварочные трансформаторы, преобразующие электрическую энергию переменного тока частотой 50Гц, потребляемую из сети непосредственно во время сварки;
- Сварочные трансформаторы, преобразующие энергию, предварительно накопленную;
Главная доля (более 90%) из всего числа сварочных трансформаторов приходится на однофазные трансформаторы переменного тока частотой 50Гц.
Принципиальная схема устройства и работы сварочного трансформатора
Основные элементы сварочного трансформатора:
1 — обмотка высшего напряжения
2 — магнитная система
3 — обмотка низешего напряжения
реактор(дроссель) — предназначенный для регулирования вторичного тока — тока сварки путем изменения воздушного зазора магнитной цепи.
Реактор состоит из неподвижной магнитной системы 4 и ее обмоток 5 и подвижной 6 изменяющей воздушный зазор между ними.
При подсоединении, как указано на схеме, проводов от сварочного трансформатора и реактора к свариваемой детали 7 и электроду 8 посредством токодержателя 9 между ними возникает дуга, плавящая металл.
Как правило, все сварочные трансформаторы контактных машин являются двухобмоточными. Основные конструктивные элементы сварочного трансформатора - магнитопровод, первичная и вторичная обмотки.
Неизбежными элементами конструкции являются крепежные, стяжные и установочные детали, контактные плиты вторичного витка, выводы и отводы от катушек первичной обмотки. Различные конструктивные исполнения сварочного трансформатора в целом и отдельных его узлов обусловливаются не только габаритами в зависимости от мощности и форм преобразуемых параметров, но и другими факторами, из которых необходимо отметить следующие:
- Тип и форма магнитопровода и обмоток сварочного трансформатора.
- Охлаждение обмоток и класс изоляции.
- Число фаз, частота и форма преобразуемых тока и напряжения.
- Требования, связанные с ограничением массы и уменьшением сопротивления обмоток.
- Общая конструктивная компоновка машины, в которую монтируется сварочный трансформатор.
- Серийность однотипных сварочных трансформаторов, изготовляемых специализированными заводами.
С учетом того, что сварочные трансформаторы работают в режиме повторно-кратковременной нагрузки с числом включений до 120 раз в минуту и более при больших токах, к их конструкции еще дополнительно предъявляются повышенные требования в отношении механической прочности.
Наиболее распространенная конструкция сварочного трансформатора:
Магнитопровод сварочного трансформатора броневого типа, обмотки - дисковые чередующиеся. Секционированная первичная обмотка уложена в несколько дисковых катушек. Вторичная, одновитковая обмотка, рассчитанная на большой ток, разбита на отдельные диски, вырезанные из толстолистовой электротехнической меди. Диски соединены между собой параллельно путем впаивания их начал в одну контактную плиту, а концов в другую.
напряжение холостого хода
Вторичный виток охлаждается проточной водой, проходящей по трубкам, напаянным по наружному периметру каждого диска и по каналам в каждой контактной плите.
Катушки первичной обмотки сварочного трансформатора дисковые, изготовлены из изолированного обмоточного провода прямоугольного сечения. К каждой катушке припаиваются выводы, число которых зависит от числа секций обмотки, уложенных в одну катушку. Между собой катушки сварочного трансформатора соединяются медными перемычками.
Катушки охлаждаются путем теплоотдачи дискам вторичного витка. Соединение катушек или их секций с переключателем ступеней осуществляется с помощью отводов из гибкого провода с резиновой изоляцией, с напаянными на оба конца кабельными наконечниками. Магнитопровод сварочного трансформатора набран из пластин электротехнической холоднокатаной стали.
Основные характеристики сварочного трансформатора
Сварочный трансформатор характеризуется тремя значениями вторичного тока:
I2max – наибольшее значение тока сварочного трансформатора;
I2 – номинальное длительное значение тока сварочного трансформатора;
I2ном – краткосрочное сварочное значение тока сварочного трансформатора;
I2max – ток короткого замыкания.
Сварочный трансформатор должен обеспечить заданный ток при номинальном первичном напряжении.
I2 – номинальный длительный вторичный ток – параметр сварочного трансформатора при его работе в длительном режиме при ПВ=100%.
ПВ – продолжительность включения, величина определяемая как процентное отношение времени работы трансформатора под нагрузкой к общему времени одного цикла сварки.
I2ном – кратковременный реальный рабочий ток, который проходит во вторичном контуре сварочного трансформатора при сварке.
Iном влияет на режимы используемые при сварке данным сварочным трансформатором.
Еще одной важной характеристикой сварочного трансформатора является вторичное напряжение холостого хода — U20 . U20 – номинальное напряжение, которое сварочный трансформатор должен обеспечить в режиме холостого хода, на одной из ступеней, принятой за номинальную.
Структура условного обозначения типов сварочных трансформаторов.
Машина для контактной сварки, одним из узлов которой, является сварочный трансформатор
Структура условного обозначения типов сварочных трансформаторов включает в себя буквенную часть и цифровую.
Буквенная часть, как правило, отражает вид трансформатора, число фаз, род и частоту преобразуемого тока.
Основная цифровая часть обозначает энергетические характеристики трансформатора: или номинальный вторичный ток I2ном в килоамперах и вторичное напряжение холостого хода на номинальной ступени U20ном или только номинальный длительный вторичный ток I2 в килоамперах и регистрационный номер трансформатора, или только наибольший вторичный ток I2max в амперах, или номинальную мощность, соответствующую ПВ=50%.
За основной цифровой частью следует или номер модификации трансформатора, особенности исполнения трансформатора (например, с обмотками, залитыми эпоксидным компаундом,- ЭП, экспортное исполнение - Э, тропическое- Т и т.
д.), или вид климатического исполнения по ГОСТ 15150 -69 и т. д.
- Т – трансформатор
- С – сухой
- 3500 – I2max = 3500А
ТВК-75 УХЛ4
- Т –трансформатор
- В – водяное охлаждение обмоток трансформатора
- К – для электрической контактной сварки
- 75кВА — мощность потребления
- УХЛ4 – вид климатического исполнения
Устройства, пропорционально преобразующие переменный ток из одной величины в другую на основе принципов электромагнитной индукции, называют трансформаторами тока (ТТ).
Их широко используют в энергетике и изготавливают разными конструкциями от маленьких моделей, размещаемых на электронных платах до метровых сооружений, устанавливаемых на железобетонные опоры.
Цель проверки — выявление работоспособности ТТ без оценки метрологических характеристик, определяющих класс точности и углового сдвига фаз между первичным и вторичными векторами токов.
Возможные неисправности .
Трансформаторы выполняются автономными устройствами в изолированном корпусе с выводами для подключения к первичному оборудованию и вторичным устройствам. Ниже приведены основные причины неисправностей:
— повреждение изоляции корпуса;
— повреждение магнитопровода;
— повреждение обмоток:
— обрывы;
— ухудшение изоляции проводников, создающее межвитковые замыкания;
— механические износы контактов и выводов.
Методы проверок .
Для оценки состояния ТТ проводится визуальный осмотр и электрические проверки.
Визуальный внешний осмотр . Проводится в первую очередь и позволяет оценить:
— чистоту внешних поверхностей деталей;
— появление сколов на изоляции;
— состояние клеммников и болтовых соединений для подключения обмоток;
— наличие внешних дефектов.
Проверка изоляции .
(эксплуатация ТТ с нарушенной изоляцией не допускается!).
Испытания изоляции . На высоковольтном оборудовании трансформатор тока смонтирован в составе линии нагрузки, входит в нее конструктивно и подвергается совместным высоковольтным испытаниям отходящей линии специалистами службы изоляции.
По результатам испытаний оборудование допускается в эксплуатацию.
Проверка состояния изоляции . К эксплуатации допускаются собранные токовые цепи с величиной изоляции 1 мОм.
Для ее замера используется мегаомметр с выходным напряжением, соответствующим требованиям документации на ТТ. Большинство высоковольтных устройств необходимо проверять прибором с выходным напряжением в 1000 вольт.
Итак, мегаомметром измеряют сопротивление изоляции между:
— корпусом и всеми обмотками;
— каждой обмоткой и всеми остальными.
Работоспособность трансформатора тока можно оценить прямыми и косвенными методами.
Прямой метод проверки
Это, пожалуй наиболее проверенный способ, который по другому называют проверкой схемы под нагрузкой.
Используется штатная цепь включения ТТ в цепи первичного и вторичного оборудования или собирается новая цепь проверки, при которой ток от (0,2 до 1,0) номинальной величины пропускается по первичной обмотке трансформатора и замеряется во вторичной.
Численное выражение первичного тока делится на замеренный ток во вторичной обмотке.
Полученное выражение определяет коэффициент трансформации, сравнивается с паспортными данными, что позволяет судить об исправности оборудования.
В разомкнутой вторичной обмотке (при токе в первичной) возникает высокое напряжение в несколько киловольт, опасное для человека и оборудования.
Магнитопроводы многих высоковольтных трансформаторов нуждаются в заземлении.
Для этого в их клеммной коробке оборудуется специальный зажим с маркировкой буквой “З”.
На практике часто есть ограничения по проверке ТТ под нагрузкой, связанные с условиями эксплуатации и безопасности.
Поэтому используются другие способы.
2. Косвенные методы
Каждый из способов предоставляет часть информации о состоянии ТТ. Поэтому следует применять их в комплексе.
Определение достоверности маркировки выводов обмоток . Целостность обмоток и их вывода определяются “прозвонкой” (замером омических активных сопротивлений) с проверкой или нанесением маркировки.
Выявление начал и концов обмоток осуществляется способом, позволяющим определить полярность.
Определение полярности выводов обмоток . Вначале ко вторичной обмотке ТТ подсоединяется миллиамперметр или вольтметр магнитоэлектрической системы с определенной полярностью на выводах.
Допускается использовать прибор с нулем в начале шкалы, однако, рекомендкеься посередине.
Все остальные вторичные обмотки из соображений безопасности шунтируются.
К первичной обмотке подключается источник постоянного тока с ограничивающим его ток разряда сопротивлением.
Напряжение холостого хода сварочного инвертора
Обыкновенной батарейки от карманного фонарика с лампочкой накаливания вполне достаточно. Вместо установки выключателя можно просто дотронуться проводом от лампочки до первичной обмотки ТТ и затем отвести его.
При включении выключателя в первичной обмотке формируется импульс тока соответствующей полярности.
Действует закон самоиндукции. При совпадении направления навивки в обмотках стрелка движется вправо и возвращается назад. Если прибор подключен с обратной полярностью, то стрелка будет двигаться влево.
При отключении выключателя у однополярных обмоток стрелка двигается импульсом влево, а в противном случае – вправо.
Аналогичным способом проверяется полярность подключения других обмоток.
Снятие характеристики намагничивания .
Зависимость напряжения на контактах вторичных обмоток от проходящего по ним тока намагничивания называют вольтамперной характеристикой (ВАХ). Она свидетельствует о работе обмотки и магнитопровода ТТ, позволяет оценить их исправность.
С целью исключения влияния помех со стороны силового оборудования ВАХ снимают при разомкнутой цепи у первичной обмотки.
Для проверки характеристики требуется пропускать переменный ток различной величины через обмотку и замерять напряжение на ее входе.
Это можно делать любым проверочным стендом с выходной мощностью, позволяющей нагружать обмотку до насыщения магнитопровода ТТ при котором кривая насыщения переходит в горизонтальное направление.
Данные замеров заносят в таблицу протокола.
По ним методом аппроксимации вычерчивают графики.
Перед началом замеров и после них необходимо обязательно проводить размагничивание магнитопровода путем нескольких плавных увеличений токов в обмотке с последующим снижением до нуля.
Для замеров токов и напряжений следует пользоваться приборами электродинамической или электромагнитной систем, воспринимающих действующие значения тока и напряжения.
Появление в обмотке короткозамкнутых витков уменьшает величину выходного напряжения в обмотке и снижает крутизну ВАХ.
Поэтому, при первом использовании исправного трансформатора делают замеры и строят график, а при дальнейших проверках через определенное время контролируют состояние выходных параметров.
Учет электроэнергии
Рассмотрим подробнее сварочный трансформатор: устройство и принцип действия. Регулировка тока в сварочном трансформаторе (далее – СТ) осуществляется по двум основным схемам:
- В первом случае, применяется трансформатор с нормальным рассеянием магнитного поля , которое осуществляется совмещённым или отдельным дросселем. Непосредственно сама регулировка сварочного тока производится изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя;
- Во втором случае, регулировка гаджета осуществляется за счет управления рассеянием магнитного поля . Этот процесс может осуществляться следующими методами:
- изменением размеров воздушного промежутка между первичной и вторичной обмотками;
- согласованным изменением числа витков первичной и вторичной обмоток;
- применением подмагничиваемого шунта. Он изменяет магнитную проницаемость между стержнями магнитопровода, чем и осуществляется регулировка сварочного тока.
Конструкция и органы управления однопостовым сварочным трансформатором с подвижными обмотками (т. е. работающим по первой схеме) приведены на рисунке.
Магнитопровод с катушками и механизмами помещается в защитный кожух, который имеет жалюзи для охлаждения. Регулировка величины сварочного тока в таком СТ осуществляется с помощью подвижной обмотки, которая перемещается посредством ходовой гайки и вертикального винта с ленточной резьбой. В движение последний приводится при помощи рукоятки.
Сварочные провода подключаются к специальным зажимам. СТ представляет собой массивную конструкцию (очень тяжёлый сердечник). Поэтому, для погрузо-разгрузочных работ, он оснащён рым-болтом, а для перемещения по рабочему объекту – транспортной тележкой и ручкой.
Принцип действия
Чтобы понять принцип работы СТ, давайте, хотя бы в самых общих чертах, рассмотрим физические процессы, происходящие в однофазном двухобмоточном трансформаторе. Для иллюстрации этих процессов воспользуемся рисунком.
Электромагнитная схема такого трансформатора состоит из двух обмоток (первичная и вторичная), размещенных на замкнутом магнитопроводе. Последний выполнен из ферромагнитного материала, что позволяет усилить электромагнитную связь между этими обмотками. Происходит это за счёт уменьшения магнитного сопротивления контура (замкнутой цепи), по которому проходит магнитный поток трансформатора (Ф).
Первичную обмотку подключают к источнику переменного тока, вторичную – к нагрузке. При подключении к источнику электропитания, в первичной обмотке появляется переменный ток i1. Этот электрический ток создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные электродвижущие силы (далее – ЭДС): е1 и е2.
Эти ЭДС, согласно закону Максвелла, пропорциональны числам витков N1 и N2 соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt. Если пренебречь падением напряжения в обмотках трансформатора (они обычно не превышают 3…5 % от номинальных значений U1 и U2), то можно считать: e1≈U1 и e2≈U2. Тогда, путём несложных математических преобразований, можно получить связь между напряжениями и количеством витков обмоток: U1/U2 = N1/N2.
Таким образом, подбирая числа витков обмоток (при заданном напряжении U1) можно получить желаемое напряжение U2:
- при необходимости повысить вторичное напряжение — число витков N2 берут больше числа N1. Такой трансформатор называют повышающим;
- при необходимости уменьшить напряжение U2 — число витков N2 берут меньшим N1. Такой трансформатор называют понижающим.
Теперь мы можем, непосредственно, рассмотреть принцип действия СТ. Как сказано выше, он заключается в преобразовании входного напряжения (220В или 380В) в более низкое, которое в режиме холостого хода равно примерно 60В. Когда мы рассматриваем сварочный трансформатор, принцип работы будет очевиден после знакомства с компоновкой и функциональной схемой СТ.
Компоновка узлов СТ (в качестве примера предлагается агрегат серии «ТДМ») представлена на рисунке.
Пояснения к схематическому изображению сварочного трансформатора:
- 1 — первичная обмотка трансформатора. Выполнена из изолированного провода;
- 2 — вторичная обмотка не изолирована («голая» проволока) для улучшения теплопередачи. Кроме того, для улучшения охлаждения имеются воздушные каналы;
- 3 — подвижная часть магнитопровода;
- 4 — система подвеса трансформатора внутри корпуса агрегата;
- 5 — механизм управления воздушным зазором;
- 6 — ходовой винт. Основной элемент управления воздушным зазором;
- 7 — рукоятка привода ходового винта.
Функциональная схема такого СТ представлена на рисунке.
Трансформатор состоит из:
- магнитопровода с зазором б;
- первичной обмотки I;
- вторичной обмотки II;
- обмотки реактивной катушки IIк.
Регулировка величины сварочного тока осуществляется изменением величины зазора в магнитопроводе. Размер зазора влияет на изменение магнитного сопротивления контура и, соответственно, величину магнитного потока, который и создаёт в обмотках электрический ток:
- при необходимости уменьшить величину сварочного тока — величину зазора увеличивают;
- при необходимости увеличить величину сварочного тока — величину зазора уменьшают.
Полезное видео
Посмотрите небольшой обучающий ролик об устройстве и принципе действия трансформатора:
Магнитопровод
Магнитопровод – это центральная часть конструкции СТ. Он является сердечником понижающего трансформатора и играет основную роль в формировании сварочного тока. По нему протекает магнитный поток, который индуцирует (создаёт) электрическое напряжение на всех обмотках.
Магнитопровод сварочного трансформатора представляет собой пакет пластин из трансформаторной стали. Вызвано это тем, что под воздействием магнитного потока в нём наводятся вихревые замкнутые электрические токи (в честь французского физика, их открывшего, названы: токи Фуко). В соответствии с правилом Ленца, магнитное поле этих токов стремиться уменьшить индукцию поля его создавшего, т. е. полезного. В результате:
- уменьшается КПД СТ;
- токи Фуко нагревают материал сердечника.
Для уменьшения этого влияния принимаются меры по уменьшению этих токов. Поэтому, как было сказано выше, магнитопровод и представляет собой пакет пластин. Поверхности пластины имеют хорошую электроизоляцию (они имеют оксидное изоляционное покрытие) и, кроме этого, часто дополнительно покрываются электроизолирующим лаком. Благодаря этому, они не представляют собой сплошной проводник, что существенно уменьшает величину токов Фуко.
Пластины между собой стягиваются шпильками в плотный пакет. Если этого не сделать (или стянуть неплотно), то они вибрируют с частотой колебаний тока в источнике питания: 50 Гц. В результате, СТ «гудит» с такой частотой.
Ограничитель холостого хода
Ограничитель напряжения холостого хода СТ применяется, в соответствии со своим наименованием, для автоматического ограничения этого параметра. Он уменьшает индуцированную при размыкании вторичной обмотки ЭДС до безопасного значения не позже, чем через одну секунду после разрыва сварочной цепи. На картинке изображена популярная модель ограничителя напряжения холостого хода однофазных сварочных трансформаторов «ОНТ-1».
Принцип действия ограничителя следующий. Мы уже знаем, что в случае разрыва сварочной цепи, резко изменяется величина магнитного потока в магнитопроводе. Это, в свою очередь, приводит к резком скачку ЭДС самоиндукции. Резкий рост величины электрического напряжения может стать причиной аварии СТ или поражения током сварщика. Ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора уменьшает эту ЭДС до безопасного значения — не более 12 В.
Метки:Современное оборудование для электросварки предлагает множество современных решений для продуктивной и производительной роботы, в том числе новое поколение аппаратов для сварки – инверторы. Что это такое и как устроен сварочный инвертор?
Инвертор современного типа представляет собой сравнительно небольшой агрегат в пластиковом корпусе общим весом 5-10 кг (в зависимости от вида и типа модели). Большинство моделей имеют прочную текстильную ленту, позволяющую сварщику удерживать агрегат на себе в процессе работы и носить его с собой при перемещении по объекту. На фронтальной части корпуса находится плата управления сварочного инвертора – регуляторы напряжения и других параметров, делающие возможной гибкую настройку мощности во время работы.
Современные аппараты для сварки классифицируются на бытовые, полупрофессиональные и профессиональные, которые отличаются потребляемой мощностью, диапазоном настроек, производительностью работы и другими характеристиками. На рынке популярностью у покупателей пользуются модели российских и зарубежных производителей. В рейтинг наиболее востребованных входят КЕДР ММА-160, Ресанта САИ-160, ASEA-160D, ТОРУС-165, FUBAG IN 163, Rivcen Arc 160 и другие модели.
Как работает сварочный инвертор
Инвертор отличается другим принципом действия и эксплуатационными характеристиками в сравнении с трансформаторными источниками питания. Такое устройство и принцип действия сварочного инверторного аппарата позволяет использовать трансформаторы меньших размеров, нежели сетевые трансформаторы. Современные инверторы для сварки оснащены панелью управления, позволяющей контролировать процессы преобразования тока.
Детально принцип работы сварочного инвертора можно описать по этапам преобразования энергии тока:
Предлагаем посмотреть видео, и закрепить знания по устройству и принципу работы сварочного инвертора
Основные параметры сварочных инверторов
Потребляемая мощность инверторов
Важным показателем работы вида оборудования является потребляемая мощность сварочного инвертора. Она зависит от категории оборудования. Например, бытовые инверторы предназначены для работы от однофазной сети переменного тока 220 В. Полупрофессиональные и профессиональные аппараты обычно потребляют энергию от трехфазной сети переменного тока до 380 В. Следует помнить, что в бытовой электросети максимальная нагрузка тока не должна превышать 160 А, и вся фурнитура, включая силовые автоматы, штепсели и розетки не рассчитаны на показатели выше этой цифры. При подключении аппарата более высокой мощности может вызвать срабатывание автоматов защиты, выгорание выходных контактов на вилке или выгорание электрической проводки.
Напряжение холостого хода инверторного аппарата
Напряжение холостого хода сварочного инвертора – второй важный показатель работы устройства данного типа. Напряжение холостого хода – это напряжение между положительными и отрицательными выходными контактами при отсутствии дуги, которое возникает в процессе преобразования тока питающей сети на двух последовательных преобразователях. Стандартный показатель холостого хода должен находиться в пределах 40-90В, что является залогом безопасности работы и обеспечивает легкое зажигание дуги инвертора.
Продолжительность включения сварочного инвертора
Другим важным классифицирующим показателем работы аппаратов для инверторной сварки является его продолжительность включения (ПВ), то есть максимальное время непрерывной работы прибора. Дело в том, что при продолжительной работе под высоким напряжением, а также в зависимости от температуры окружающей среды, агрегат может перегреваться и выключаться через разный промежуток времени. Продолжительность включения обозначается производителями в процентах. Например, 30% продолжительность включения означает способность оборудования работать непрерывно на максимальном токе 3 минуты из 10. Уменьшение частоты тока позволяет продлить продолжительность включения. Разные производители указывают разную ПВ, в зависимости от принятых стандартов работы с аппаратом.
В чем отличия от сварочных аппаратов предыдущих поколений
Раньше для сварки использовались различные виды агрегатов, с помощью которого получали выходной ток нужной частоты для возбуждения дуги. Различного вида трансформаторы, генераторы и другое оборудование имели ограничения в эксплуатации, в большей мере из-за своих больших внешних характеристик. Большинство аппаратов предыдущего поколения работали только вместе с громоздкими трансформаторами, которые преобразовывали сетевой переменный ток в высокие токи на вторичной обмотке, делая возможным возбуждение сварочной дуги. Главным недостатком трансформаторов были их большие габариты и вес. Принцип действия инвертора (увеличение выходной частоты тока) позволил уменьшить размеры установки, а также получить большую гибкость в настройках работы аппарата.
Достоинства и основные характеристики инверторных аппаратов
К достоинствам, делающих инверторный источник сварочного тока наиболее популярным видом сварочных аппаратов, можно причислить:
- высокий КПД – до 95% при сравнительно низком потреблении электричества;
- высокая продолжительность включения – до 80%;
- защита от перепадов напряжения;
- дополнительное увеличение мощности при разрыве дуги (т.н. форсаж дуги);
- небольшие габариты, компактность, позволяющая удобно переносить и хранить агрегат;
- сравнительно высокий уровень безопасности работы, хорошая электроизоляция;
- лучший результат сварки – аккуратный качественный шов;
- возможность работы с трудносовместимыми металлами и сплавами;
- возможность использования любых типов электродов;
- возможность регулирования основных параметров при работе инвертора.
Главные недостатки:
- более высокая цена в сравнении с другими типами сварочных аппаратов;
- дорогостоящий ремонт.
Отдельно следует упомянуть о еще одной особенности данной разновидности сварочных аппаратов. Инверторный аппарат является очень чувствительным к влаге, пыли и другим мелким частицам. При попадании внутрь пыли, особенно металлической, прибор может выйти из строя. То же самое касается влаги. Хотя производители оснащают современные инверторы защитой от попадания влаги и пыли, следовать правилам и мерам предосторожности при работе с ними все же стоит: не работать с прибором во влажной среде, возле работающей «болгарки» и т.д.
Низкие температуры – еще один «пунктик» всех инверторов. На морозе прибор может не включиться из-за сработавшего датчика перегрузки. При низких температурах также может образоваться конденсат, что может повредить внутренние электросхемы и вывести аппарат из строя. Поэтому, при регулярной эксплуатации инвертора необходимо регулярно «продувать» его от пыли, защищать от влаги и не работать при низких температурах.