Сварочные трансформаторы, конструктивные особенности, техническое обслуживание.

Сварочные трансформаторы обеспечивают преобразование переменного тока частотой 50Гц и напряжением 220В или 380В в такой ток и напряжение, которые необходимы при дуговой сварки, а также позволяют регулировать сварочный ток .

Источники для дуговой сварки должны иметь крутопадающую внешнюю (вольтамперную) характеристику (кривая 1 на рис. 7.19) с тем, чтобы она пересекалась с вольтамперной характеристикой дуги (кривая 2) в двух точках A₁ и A₂. Между этими точками напряжение источника

Рис.7.19 больше напряжения на дуге, а за их пределами – меньше. Зажигание дуги происходит в точке A₁, а устойчивое горение – в точке А_2. Для получения крутопадающей характеристики и возможности регулирования сварочного тока выпускают различные конструкции сварочных трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием, снабженные:

· дросселем с воздушным зазором;

· дросселем насыщения;

или с увеличенным магнитным рассеянием, имеющие:

· подвижные обмотки;

· подвижный магнитный шунт;

· реактивную обмотку

· фазовое регулирование (тиристорные).

Схема сварочного трансформатора, снабженного дросселем с воздушным зазором показана на рис. 7.20.

Дроссель (катушка) с воздушным зазором представляет собой магнитопровод с подвижным магнитным пакетом и обмоткой, включаемой последовательно во вторичную цепь трансформатора (рис. 7.20). Индуктивное сопротивление дросселя намного больше индуктивного сопротивления обмоток трансформатора и регулируется изменением воздушного зазора дросселя.

При разомкнутой цепи сварки напряжение между электродом и объектом равно напряжению холостого хода E ₂ = 60…70 В. При касании объекта электродом в цепи возникает ток короткого замыкания, зажигается дуга и рабочий режим сварки определяется точкой A₂ (рис. 7.19). Плавным регулированием воздушного зазора d магнитопровода (изменением индуктивного сопротивления обмоток) регулируют ток сварки (рис. 7.21).

Для обеспечения требуемых пределов регулирования сварочного тока ка­тушка (дроссель) должна иметь сопротивления:

в режиме максимального тока Х _min = Е₂/I_{к max},

в режиме минимального тока Х _max = Е₂/I_{к min}.

 

	Рис. 7.20 Рис. 7.21

 

Иногда применяется дополнительное ступенчатое витковое регулирование первичной или вторичной обмотки транс­форматора.

Индуктивное сопротивление дросселя можно регули­ровать не только механическим, но и электрическим путем. Этот принцип реализован в конструкции трансформатора с дросселем насыщения. Он имеет броневой магнитопровод, обмотку управле­ния, подключенную к вспомогательному источнику постоянного тока, и две последовательно соединенные рабочие обмотки в цепи дуги переменного тока. Принцип действия трансформатора осно­ван на взаимодействии магнитных потоков обмотки управления и рабочих обмоток.

Схема сварочного трансформатора, имеющего подвижные обмотки показана на рис.7.22

Конструктивно трансформатор состоит из стержневого магнитопровода 3, на которой расположены первич­ная 1 и вторичная 2 цилиндрические обмотки, каждая из которых разбита на две катушки. Подвиж­ная обмотка (обычно вторичная) перемещается винтовым приво­дом 4. Основной магнитный поток трансформатора Ф_т замыкается по магнитопроводу, а потоки рассеяния Ф_1р и Ф_2р — по воздуху в пространстве между первичной и вторичной обмотками. Падаю­щая ВАХ трансформатора с подвижной обмоткой обусловлена увеличенным магнитным рассеянием, вызванным размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга.

Рис. 7.22. Схема трансформатора амплитудного регулирования с увеличен­ным магнитным рассеянием и подвиж­ной обмоткой:

1 и 2— первичная и вторичная цилиндричес­кие обмотки; 3 — стержневой магнитопровод; 4 — винтовой привод; Ф_т — основной магнит­ный поток; Ф_1р и Ф_2р — потоки рассеяния

 

 

Регулирование тока у трансформатора с подвижными обмот­ками осуществляется посредством изменения его индуктивного сопротивления: плавного — перемещением обмоток, а ступенчатого - переключением соединения катушек (параллельное или последовательное). Другие конструктивные схемы используются реже.

Трансформатор с подвижным магнитным шунтом (рис. 7.23) име­ет первичную 1 и вторичную 2 неподвижные обмотки, подвиж­ный магнитный шунт 3, стержневой магнитопровод 4. Каждая обмотка имеет по две катушки, размещенные на разных стержнях. Потоки рассеяния Ф_1р и Ф_2р замыкаются через магнитный шунт, а основной поток Ф_т — через магнитопровод.

 

 

Рис. 7.23. Конструктивная схема трансфор­матора амплитудного регулирования с уве­личенным магнитным рассеянием и под­вижным магнитным шунтом:

1 и 2 — первичная и вторичная неподвижные обмотки; 3 — подвижный магнитный шунт; 4 — стержневой магнитопровод; 5 — винто­вой привод; Ф_т — основной магнитный по­ток; Ф_1р и Ф_2р, — потоки рассеяния; l_Ш — рас­стояние между половинами шунта

 

Падающая ВАХ трансформатора с магнитным шунтом обус­ловлена увеличенным магнитным рассеянием, вызванным разме­щением первичной и вторичной обмоток на значительном рас­стоянии друг от друга и наличием магнитного шунта.

Магнитный шунт состоит из отдельных половин, сближаю­щихся и удаляющихся друг от друга при работе винтового при­вода 5. При увеличении расстояния l _ш между частями шунта умень­шается площадь, по которой замыкаются потоки рассеяния. В результате эти потоки ослабляются, и снижается индуктивное сопротивление, что приводит к увеличению тока. Использова­ние шунта из двух подвижных частей ускоряет настройку режи­ма и снижает их вибрацию, поскольку электродинамические силы, воздействующие на половины шунта с частотой 100 Гц, уравновешивают друг друга.

Регулирование режима в трансформаторе с подвижным маг­нитным шунтом осуществляется плавно — перемещением шунта и ступенчато — переключением обмоток и разнесением их по стер­жням. Конструкции сварочных трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием весьма многочисленны и разнообраз­ны.

Трансформаторы фазового регулирования (тиристорные), появив­шиеся относительно недавно, являются результатом развития силовой электронной техники.

Рис. 7.24. Принципиальная схема (а) и осциллограммы тиристорного транс­форматора с нормальным (б) и увеличенным (в) магнитным рассеянием:

Т— собственно трансформатор; α — угол включения тиристора; λ — угол работы тиристора; t ₀ — начало периода колебаний питающего напряжения; t ₁, t ₃ — вре­мя начала пропускания тока тиристорами; t ₂ — время окончания пропускания тока тиристорами; t ₄ — окончание периода колебаний питающего напряжения; U ₂ — питающее напряжение; U _H — напряжение нагрузки; /₂ — сила тока нагрузки; БФУ — блок фазового управления; БЗ — блок задания; R_H — активная нагрузка; VS1-VS2 — блок силовых тиристоров

 

Тиристорным трансформатором (рис. 7.24) принято называть комбинацию собственно трансформа­тора Т и полупроводниковых регуляторов VS1 и VS2 с системой управления. Трансформатор служит для понижения сетевого на­пряжения до необходимого при сварке уровня U ₂, а иногда ис­пользуется и для получения необходимой внешней характеристи­ки, а также регулирования режима сварки. Обычно две последние функции выполняет тиристорный регулятор. Фазовое управление, отличающее тиристорный трансформатор от рассмотренных ра­нее (с амплитудным регулированием), осуществляется полупро­водниковым регулятором.

Регулятор может устанавливаться как в первичной, так и во вто­ричной цепи трансформатора, поэтому его коммутирующие эле­менты VS1 и VS2 должны иметь достаточную мощность. В этом ка­честве чаще всего используются силовые управляемые вентили - тиристоры. В состав регулятора входят также блок фазового управ­ления (БФУ), формирующий импульсные сигналы для включения тиристоров, и блок задания (БЗ), с помощью которого настраива-

ют необходимое значение тока I₂ или напряжения U_И на активной нагрузке R_H.

Сварочные выпрямители – это основной вид источников питания дуги постоянного тока при различных способах сварки.

При сопоставлении с трансформаторами на переменном токе главными достоинствами сварочных выпрямителей как источников питания дуги постоянным током считаются высокая надежность зажигания и устойчивость горения дуги.

Наиболее важными элементами силовой части выпрямителя являются понижающий трансформатор и блок выпрямления, реализованный на базе полупроводниковых элементов. Наибольшее распространение в качестве выпрямительного блока получила трехфазная мостовая схема выпрямления (рис. 7.25).

Схема трехфазного мостового выпрямителя содержит шесть диодов, включенных по мостовой схеме в фазы вторичной обмотки трехфазного трансформатора.

 

Рис.7.25. Трехфазная мостовая схема выпрямления

а) принципиальная схема, б) диаграмма

 

Общая точка первой группы диодов VD 1, VD 3, VD 5 представляет собой положительный полюс на сопротивлении нагрузки, а второй группы VD 2, VD 4, VD 6 – отрицательный полюс. В выпрямителе возникает ток через нагрузочное сопротивление и два соответствующих диода в каждый момент времени, когда к диодам приложено наибольшее напряжение. Причем в любой интервал времени токи всегда имеют одно и то же направление (рис. 7.25, б). Среднее значение выпрямленного напряжения U _{н ср} = 2,34 U _2ф.

По конструктивным особенностям выпрямители можно разделить на две группы в соответствии со схемой управления параметрами:

1) выпрямители, управляемые трансформатором:

· с секционированными обмотками;

· увеличенным магнитным рассеянием;

· дросселем насыщения;

2) выпрямители управляемые блоком управления:

· с тиристорным управлением во вторичной цепи трансформатора;

· с тиристорным управлением в первичной цепи трансформатора;

· с транзисторным управлением во вторичной цепи трансформатора;

· с частотным преобразованием (инверторы).

Простейший выпрямитель, управляемый трансформатором с секционированными обмотками показан на рис.7.26. Он состоит из понижающего трехфазного трансформатора Т с нормальным рассеянием, переключателя S ступеней обмоток трансформатора, силового выпрямительного блока V на неуправляемых вентилях и сглаживающего дросселя L.

Рис. 7.26. Упрощенная схема трехфазного выпрямителя, управляемого трансфор­матором с секционированными обмотками:

Т — понижающий трехфазный транс­форматор; S — переключатель ступеней; V — силовой выпрямительный блок; L — дроссель

 

Каждая из трех первичных обмоток трансформатора состоит из секций с выведенными отпайками для регулирования режима. Выпрямительный блок обычно собирают по трехфазной мостовой схеме, однако находит применение и шестифазная схема выпрямления.

Примером сварочного выпрямителя с тиристорным управлением в первичной цепи трансформатора может служить ВДУ – 1604 У3 (рис.7.27).

Рис. 7.27. Упрощенная принципиальная схема выпрямителя ВДУ-1604 УЗ:

1 — 3 — клеммы; Т— трансформатор; VS — блок тиристоров; VD — блок диодов; L — дроссели; S — коммутатор; БФУ — блок фазового управления; БЗ — блок задания; БС — блок согласования

В состав выпрямителя входит трансформатор Т с блоком тиристоров VS в первичной обмотке и неуправляемым диодным выпрямительным блоком VD во вторичной обмотке. Управление всеми тиристорами в тиристорном блоке VS осуществляется с помощью блока фазового управления (БФУ), который, в свою оче­редь, связан с блоком согласования (БС). Режим работы БС зави­сит от значения силы сварочного тока, установленного с помо­щью блока задания (БЗ), и текущего значения сварочного тока, поступающего от сварочной дуги через коммутатор S и дроссели L. В случае рассогласования данных значений БС вносит корректи­вы в работу БФУ, стабилизируя силу тока около заданного значе­ния. Данная схема, позволяющая использовать маломощные ти­ристоры в первичной цепи без их параллельного соединения, эффективна для сварки при силе тока более 1 кА.

Сварочные выпрямители с частотным преобразованием, или ин­верторы, появились относительно недавно. Это устройства, пре­образующие постоянное напряжение в высокочастотное перемен­ное. В настоящее время они производятся на базе тиристоров (тиристорные инверторы) и транзисторов (транзисторные инверто­ры).

Схема выпрямителя с транзисторным инвертором (рис. 7.28) более удобна для объяснения процесса инвертирования. Сетевой выпрямительный блок VI преобразует переменное напряжение сети в постоянное, которое сглаживается с помощью низкочастотного фильтра L1 — C1. Затем выпрямленное напряжение преобразуется в однофазное переменное высокой частоты (20...160 кГц) с по­мощью инвертора на двух транзисторах — VT1 и VT2. Далее напряжение понижается трансформатором Т, выпрямляется блоком VI, проходит через высокочастотным фильтр L2— С2 и подается на дугу в виде сглаженного напряжения.

 

Рис. 7.28. Принципиальная схема выпрямителя с транзисторным инвертором:

V1—V2 — выпрямительные блоки; L1 — C1 — низкочастотный фильтр; VT1, VT2 — транзисторы; Т— трансформатор; L2—C2 — высокочастотный фильтр

 

Таким образом, понижающий трансформатор преобразует на­пряжение повышенной частоты, что обеспечивает возможность снижения габаритов и массы его сердечника, потерь в трансфор­маторе. В целом это ведет к значительному уменьшению массы источника. Сварочные инверторы в 10...20 раз легче сварочных выпрямителей с аналогичными выходными параметрами.

Другим важным преимуществом сварочных инверторов являют­ся широкие возможности регулирования характеристик вырабатываемого сварочного тока и напряжения, выполняемого несколькими способами. Например, при увеличе-нии напряжения сетевого выпрямителя возрастают амплитуда высоко-частотного напряжения и среднее значение выпрямленного напряжения. С этой же целью изменяют ширину импульсов инвертора. Однако более удобно варьировать частоту импульсов. В инверторном выпрямителе осуществляют амплитудное, широтное и частотное регулирование режима.

⇐ Предыдущая28293031323334353637Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: