Виды и устройство сварочных трансформаторов. Источники питания сварочной дуги переменного тока На каком токе работает сварочный трансформатор

Напряжение холостого хода сварочного инвертора — это напряжение между положительным и отрицательным выходными контактами устройства при отсутствии дуги. У сварочного инвертора в исправном состоянии оно должно находиться в пределах, указанных в инструкции производителя. Обычно это напряжение от 40 В до 90 В. Такой номинал обеспечивает легкое зажигание дуги при сварке металла. Это создает и безопасность работы сварщика.

Напряжение холостого хода: как возникает и на что влияет

Напряжение холостого хода получается путем преобразования напряжения питающей сети (220 В или 380 В, 50 Гц) в двух последовательных преобразователях, сначала в напряжение постоянного тока, а затем в переменное частотой 20-50 кГц. Затем высокочастотное напряжение подается на регулятор, поддерживающий необходимую величину напряжения на выходных клеммах и заданную силу тока при зажигании дуги.

Многие считают, что этот параметр влияет только на легкость зажигания дуги, чем выше напряжение, тем легче зажигается дуга. Условия работы сварщиков при монтаже конструкций далеки от идеальных. Случайное касание токоведущих частей с завышенным напряжением может привести к несчастному случаю.

У многих моделей инверторов напряжение холостого тока и сила рабочего тока находятся в прямой зависимости. При сварке металла, покрытого толстым слоем ржавчины или краски, дуга зажигается с трудом.

Если в этой ситуации увеличить напряжение холостого хода, то рабочий ток окажется избыточным, и вместо качественного соединения металла могут образоваться шлак и поры.

Вернуться к оглавлению

На чем отражается правильность подбора режима

Правильно установленный режим холостого хода обеспечивает качественное сгорание электрода и четко выраженный капельный перенос металла в сварную ванночку, образование надежного соединения с проваром корня шва. Образование брызг при поджоге и разрыве дуги минимальное, поверхность свариваемых деталей в зоне шва почти не требует дополнительной очистки. Одним из основных признаков правильно подобранного режима является характерный шипящий звук при горении дуги.

Трехфазный сварочный выпрямитель с регулировкой напряжения холостого хода секционированием витков обмоток трансформатора.

В некоторых моделях сварочного инвертора реализована дополнительная защитная функция от поражения сварщика электрическим током при повышенном напряжении холостого хода. Аппарат автоматически снижает напряжение до безопасной величины при возникновении нештатной ситуации и восстанавливает при исчезновении. Аппараты с увеличенным напряжением холостого хода используются при сварке электродами с тугоплавкой обмазкой, применяемыми для работы со специфическими сплавами.

Определенные модели инверторов для лучшего зажигания дуги оснащены схемой . Такие устройства использовались на трансформаторных сварочных аппаратах с переменным и постоянным током. Осциллятор преобразует питающее напряжение сети в напряжение 2,5-3 кВ с частотой 150-300 кГц и выдает его на выходные клеммы импульсами длительностью в несколько десятков миллисекунд. Осциллятор состоит из повышающего низкочастотного трансформатора, подключенного к колебательному контуру, и разрядника с вольфрамовыми контактами. На выходе стоят конденсаторы, пропускающие токи высокой частоты и ограничивающие ток низкой частоты от сварочного аппарата.

В таких устройствах еще предусмотрена защита от поражения электрическим током. Потребляемая мощность осцилляторов составляет 250-300 Вт, что незначительно увеличивает общую потребляемую мощность сварочного инвертора. Осцилляторы можно приобрести в виде отдельного блока или изготовить самостоятельно.

Вернуться к оглавлению

Возможные неполадки в работе и их причины

Причины возникновения неполадок в работе инвертора могут возникнуть по причине:

неисправности самого инвертора;
неудовлетворительного состояния сварочных кабелей и цепи питания устройства.

Температурная деформация и напряжение на выходе устройства находятся в неразрывной связи. Из-за скачков напряжения изменяется температура горения дуги, металл либо не прогревается до необходимой температуры, либо сгорает, образуя шлак и поры. Способы устранения неполадок зависят от обнаруженной неисправности. Самой простой причиной может быть плохой контакт в соединениях сварочных кабелей с крокодилами и штекерами для подключения к инвертору. Он ведет к появлению деформаций при сварке. Обычно такой дефект проявляется в резких непериодических скачках сварочного тока, самопроизвольном затухании дуги, что может привести к некачественному соединению, деформации и напряжению при сварке деталей от неравномерного нагрева.

Способ устранения прост и может быть выполнен самостоятельно. Для устранения необходимо снять защитные изоляционные ручки, отсоединить кабель и осмотреть места соединения. При наличии окислов и следов нагрева нужно зачистить поверхности наждачной шкуркой и собрать, тщательно затянув соединительные болты. Кабели с подломленными или оборванными жилами и поврежденной изоляцией необходимо заменить на аналогичные. Длину кабеля лучше сохранить прежнюю. Многие модели инверторов рассчитаны на строго определенную нагрузку по индуктивному сопротивлению и при изменении длины кабеля могут изменить параметры работы.

Следующая причина может быть в неисправности самого устройства. Для определения работоспособности аппарата необходимо замерить прибором напряжение на выходных клеммах инвертора и напряжение в питающей сети. При нормальном сетевом напряжении низкое напряжение на выходе инвертора будет свидетельствовать о неисправности устройства. Ремонт инвертора лучше доверить специалистам из сервисного центра.

Если напряжение на выходе инвертора находится в допустимых пределах при нормальном напряжении питающей сети, следует тщательно проверить цепь подачи питающего напряжения на устройство от вводной точки электроснабжения или прибора учета. Минимальная потребляемая мощность устройств в режиме сварки находится в пределах 4-5 кВт. Необходимое сечение подводящих проводов из меди при такой мощности должно быть не менее 2,5 мм 2 с длительно допустимым рабочим током 25 А по всей цепи питания. Кабель с меньшим сечением будет быстро нагреваться, на нем будут возрастать потери напряжения.

Обязательно необходимо проверить качество всех соединений по цепи питания. Слабая скрутка или другой вид некачественного соединения тоже могут создавать проблемы при сварочных работах и привести к возгоранию. Разъемные соединения из пары вилка-розетка должны быть нового типа с увеличенным диаметром электропроводящих штифтов на вилках. Вилки старого типа не выдерживают нагрузки при длительных режимах работы. Розетки тоже должны быть соответствующего типа. Длина подводящих питание линий не может быть больше 50 м, если иное не указано в технической документации на устройство.

В сельской местности часто наблюдается нештатная работа инверторов из-за перегруженных общих линий электропроводки и заниженного напряжения сети.

Если при попытке зажечь дугу питающее напряжение падает до недопустимо низкого значения в точке ввода, это свидетельствует о недостаточной пропускной способности общей линии и ее перегрузке.

Иногда в такой ситуации могут помочь стабилизаторы напряжения. Эффективность работы стабилизаторов также зависит от нескольких причин и не всегда оправдывается. Общая потребляемая мощность комплекта из сети электроснабжения составит мощность сварочного устройства плюс потери в устройстве стабилизации. Увеличатся расходы по оплате электроэнергии, возрастет перегрузка общих линий, что еще более снизит напряжение на вводе.

Перед решением использовать такое устройство в комплекте со сварочным оборудованием желательно обратиться в электросети с письменным заявлением о некачественном электроснабжении.

С появлением электричества появилась возможность соединять металлические элементы с помощью сварки. Для этого применяются специальные сварочные трансформаторы, работающие от трёхфазного и однофазного напряжения. Однофазные модели предназначены для включения в стандартную бытовую сеть 220 Вольт. А трехфазный сварочный аппарат, чаще всего, применяется в производственных целях, он обладает большой мощностью, габаритами и продолжительной эксплуатацией без перерыва. Однако есть на рынке данной техники и универсальные устройства, которые могут работать и от 220 В, и от 380В. Разумеется, что для разных материалов существует свой индивидуальный процесс сварки, поэтому каждый сварочный агрегат оборудован системой регулировки и точной настройки.

Принцип действия сварочного трансформатора

По принципу действия он не отличается от другого обычного понижающего трансформатора, только вот токи вторичной обмотке уж очень высокие, так как он работает в режиме короткого замыкания. Если закоротить вторичную обмотку обычного трансформатора, то в таком режиме он проработает недолго, так как она быстро перегреется и выйдет из строя. Вторичная обмотка сварочного рассчитана на большие токи, поэтому и выполнена медным проводом большого сечения. Напряжение U2 (на выводах вторичной обмотки) напрямую зависит от количества витков в ней.

Конечно же, мало только уменьшить выходное напряжение, нужно ещё и изменять силу тока. Для этого трансформаторы оборудуются механизмом, раздвигающим обмотки на большее расстояние, тем самым снижая магнитный поток, который, в свою очередь, уменьшает ток во вторичной обмотке.

Устройство и классификация трансформаторов, применяемых в сварочных аппаратах

Любой трансформатор для сваривания металлических различных элементов состоит из:

Магнитопровода;
Изолированную первичную обмотку;
Вторичная обмотка;
Вентилятор, для охлаждения.

В зависимости от сварочных работ происходит и управление процессом сварки,все сварочные агрегаты делятся аппараты переменного и постоянного тока. Конечно же, сам трансформатор не может работать на постоянном токе поэтому сам процесс выпрямления осуществляется после понижения напряжения. Для этого применяются:

управляемые тиристоры, которые непросто дают постоянный ток для сварки элементов, но осуществляют изменение силы тока во время этого процесс;
неуправляемые вентили диоды, вместе с дросселем.

Назначение сварочного трансформатора

Сварочный понижающий трансформатор является ключевым элементом, создающим дугу во время сварки металлических деталей. Напряжение на выходе этого понижающего устройства, работающего в режиме короткого замыкания, допускается не более 80 Вольт. Для процесса ручной дуговой сварки обязательно нужны электроды. Бытовые трансформаторы для дома выполнены по однофазной схеме обладают небольшими токами при сваривании. Главное, в бытовых условиях также стоит следить и за наличием хорошего контакта в розетке, так как токи в первичной обмотке для квартир и домов тоже очень существенны и не каждая розетка их выдержит.

Сварочные трансформаторы переменного тока

Такая конструкция считается самой не дорогой, но в то же время обладающей неплохими характеристиками сварки чёрных металлов. Для того чтобы регулировать ток и соответственно дугу во время этого процесса сварочный агрегат оборудован раздвижной системой, увеличивающей расстояние между катушками, а также площадь сердечника. Они из-за своей ценовой категории очень распространены на производстве, особенно в цехах с устаревшим оборудованием. Обладают довольно крупными размерами и зачастую устанавливаются стационарно.

И также как регулятор тока для сварочного аппарата, применяются отдельно расположенные дросселя, который добавляет индуктивности в цепь. Самый простой способ, но самый эффективный, регулировки напряжения и силы тока во время выполнения сварочных работ - это вывод нескольких контактных точек со вторичной обмотки. Кончено же, плавности изменения силы дуги в таком аппарате не получится добиться.

Сварочные трансформаторы постоянного тока

Такие приборы более эффективны для сваривания различных материалов обладают меньшими габаритами и плавным регулированием силы тока. Любой трансформатор не может работать на постоянном токе, это факт.

На рисунке показана простейшая схема такого агрегата, которую можно сделать и своими руками. Она гарантирует стабильные выходные характеристики сварочного тока и дуги, которая является ключевым аспектом любой сварки.

Сварщики знают, что при работе от положительного зажима выделяется больше тепла, чем от отрицательного. Следовательно для разной толщины металла стоит вырабатывать свою методику.

Существуют и новые разработки в этой отрасли так называемые сварочные аппараты инверторного типа. Трансформатор здесь работает на повышенных частотах, что даёт возможность снизить и габариты устройства, его вес, и токи первичной обмотки без последствий для создания качественной дуги.

Сварочный трансформатор ВДМ

Аппараты ВДМ производственного сварочного многопостового выпрямителя, устанавливается зачастую стационарно и предназначен для сварочных постов дуговой электросварки с помощью металлического электрода. Очень часто ВДМ подключаются к трёхфазной сети 380 Вольт. Во взрывоопасной среде, насыщенной пылью разной фракции, или же содержащей едкие газовые пары, разрушающие сталь и изоляцию, эксплуатация строго запрещена. Конструктивно в ВДМ есть возможность регулировать величину тока реостатом и дросселем.

Как рассчитать сварочный трансформатор

Изготовление трансформатора для сварочных работ, который должен быть близок по своим характеристикам к промышленному образцу, нужно проводить стандартными методиками подсчёта. Данная методика подойдет больше бытовому устройству, она содержит оптимальные значения обмоток и минимальные габаритные размеры сердечника.

Существует два вида сердечника:

броневой;
стержневой;
тороидальный (круглый).

При этом стержневые имеют немного большие показания КПД (коэффициента полезного действия) нежели броневые.

Прежде чем приступить непосредственно к расчету сварочного понижающего трансформатора, необходимо определить его мощность, которая зависит от того какая величина тока нужна для его эксплуатации. Наиболее распространенные варианты от 70 до 150 А. Разумно будет брать максимально допустимые токи вторичной обмотки немного выше порядка 180–200 А.

Мощность сварочного трансформатора переменного тока, и аппарата в целом, будет равна:

P = U2 × I2 × cos (φ) / η

где, U2 — напряжение холостого хода сварочного трансформатора рекомендуется от 30 до 60 Вольт, I2 - ток сварки, cos (φ) угол сдвига фаз между током и напряжением. В случае расчета потребляемой мощности cos (φ) можно взять равным 0,8; η- КПД, для данного устройства примерно можно принять равным 0,7.

А также стоит учесть при этом и продолжительность эксплуатации трансформатора, так как, скорее всего, ему пройдется работать не один час.

Плотность тока в обмотках берётся из справочника для медного провода J = 2,5 А/мм2. Для сварочного аппарата постоянного тока ВДМ агрегат оборудуется тремя первичными и тремя вторичными обмотками, поэтому расчёт производится инженерами и без квалификации его проблематично соорудить.

Улучшение сварочного трансформатора

Для улучшения нужно сократить слишком большую вторичную обмотку в 3–4 раза, уменьшив в ней напряжение холостого хода до 22–25 вольт, а вот для стабильного и уверенного зажигания дуги, прибавить небольшую слаботочную обмотку с напряжением 80–110 вольт. Переменный ток каждой из обмоток проходит выпрямление на диодных мостах, после чего обмотки подключаются параллельно друг другу.

Но также для усовершенствования и улучшения длительной работы сварочного трансформатора особенно в летнюю жаркую погоду необходимо использовать приточную или же вытяжную вентиляцию.

Можно провести испытание сварочного инвертора на что он способен. Берем самый доступный сварочный инвертор TIG. Приведу пример аппарата на фото там IN 256T/ IN 316T.

Если посмотреть таблицу там указано где находится холостой ход в виде индикации. На таких аппаратах холостой ход запрограммирован компьютером. Когда вы выбираете нужный режим автоматически выставляется холостой ток. Его можно проверить обычным вольтметром именно на концах силовых проводов в включенном состоянии. То есть на держаке и крокодиле. Падение напряжения не должно отклонятся, при зажигании дуги и сварки, более чем на пять вольт.

К примеру ели китайский бюджетник там вы вообще не найдете информации о холостом ходе. Плюс еще Амперы завышены по показателям. На самом деле некоторые даже электроды уони 13/55 не потянут. А все почему? Этим электродом нужен холостой ток 70 вольт при 80 амперах. А такие сварочные аппараты устроены таким образом что при увеличении силы тока возрастает и напряжение. Другими словами при самом большом токе выдадут они вам 90 вольт. Напряжением еще до вторичной обмотки управляет блок, который преобразует высокое напряжение в первичной обмотки. Потом под воздействием электромагнитной силы передается на вторичную обмотку. Напряжение снятое с нее переходит дальше. Если на входе первичной обмотки мало напряжение то и на выходе будет низкое.

Рассмотрим примитивный ВД-306М У3. На малых токах 70-190 А напряжение 95 вольт плюс минус 3 вольта. На больших токах 135-325 А холостой ток 65 вольт плюс минус 3 вольта. При этом он стабилен во всех диапазонах силы тока. Как рукоятку не крути и меняй амперы сколько душе угодно холостой холостой ход не убавится.

Я к чему это веду если сварочный инвертор плохо варит на малых токах у вас причина в блоке управления описанная выше. Как некоторые говорят ставьте дополнительный дроссель или на выходе балластник. Силу тока выкручиваем на полную и регулируем уже на балласте. Лишние амперы возьмет на себя а холостой ход останется не измененным.

Сами ради интереса проверьте свой сварочный аппарат. Киньте щупы от вольтметра на силовые кабеля и попробуйте варить. Увидите как падает напряжение. Сам лично варил в домашней сети инвертором интерскол 250А электродами 3мм УОНИ 13/45 с обратной полярностью. Как только не крутил амперы так толком и не смог их разжечь, зато МР-3 горят будь здоров от первого прикосновения.

Читайте в паспорте при покупке оборудования сколько холостого тока выдает аппарат и на каких токах. Если это не профессиональное оборудование холостой ход вы ни как не отрегулируете. Если не метод описанный выше. На самом корпусе агрегата вы навряд ли найдете такую информацию. Производители обычно ее скрывают громкими названиями и силой тока.

Сварочные трансформаторы

К атегория:

Сварка металлов

Сварочные трансформаторы

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

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

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

Рис. 1. Схемы сварочных трансформаторов

Рис. 2. Сварочный трансформатор СТЭ

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

Рис. 3. Схема устройства регулятора РСТЭ

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

Рис. 4. Регулятор РСТЭ

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

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

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

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

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

Рис. 5. Сварочный трансформатор СТШ -500

Рис. 6. Сварочный трансформатор ТД-500

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

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

Рис. 7. Сварочный трансформатор ТСП -2

Рис. 8. Конструкция сварочного трансформатора ТСП -2

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

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

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

Рис. 9. Сварочный трансформатор СТШ -250

Рис. 10. Схема улучшения cos ф сварочного трансформатора

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 14. Электрическая схема трансформатора типа ТСК :

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 1. Магнитные потоки трансформатора

Для дуговой сварки используют как переменный, так и постоянный сварочный ток. В качестве источника переменного сварочного тока применяют сварочные трансформаторы, а постоянного – сварочные выпрямители и сварочные преобразователи.

Сварочный трансформатор служит для понижения напряжения сети с 220 или 380 В до безопасного, но достаточного для легкого зажигания и устойчивого горения электрической дуги (не более 80 В), а также для регулировки силы сварочного тока.

Трансформатор (рис.10). 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 при ручной сварке обычно не превышает 20 – 30 В.

Рис.10 Сварочный трансформатор

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 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 – 65 – 460 А. Последовательное соединение катушек первичной и вторичной обмоток позволяет получать малые сварочные токи с пределами регулирования 40 – 180 А. Диапазоны тока переключают выведенной на крышку рукояткой.

Свойства источника питания определяются его внешней характеристикой, представляющей кривую зависимости между током (I) в цепи и напряжением (U) на зажимах источника питания.

Источник питания может иметь внешнюю характеристику:

возрастающую, жесткую, падающую

Источник питания для ручной дуговой сварки имеет падающую вольт – амперную характеристику.

Напряжение холостого хода источника питания – напряжение на выходных клеммах при разомкнутой варочной цепи.

Номинальный сварочный ток и напряжение – ток и напряжение, на которые рассчитан нормально работающий источник.

Источник питания сварочной дуги-сварочный трансформатор обозначается следующим образом: ТДМ – 317

Т – трансформатор

Д – для дуговой сварки

М – механическое регулирование

31 – номинальный ток 310 А