Зварювальнi трансформатори 2

   Зварювальнi трансформатори 
   Вольт-амперж характеристики дуги та джерела зварювального струму.

  Для дослiджень та практичного застосування мае велике значення вольт-амперна характеристика дуги Uд = f (I) . Вольт-амперна характеристика свiдчить, що дуга як вид газового разряду е нелiнiйним опором i не задовольняе закону Ома.
  Галузi використання дуги дуже широкi, досить рiзноманiтнi умови й юнування i, звичайно, так само ж рiзноманiтнi й характеристики. На рис.2 зображена деяка „середня» характеристика, яка мае вiдношення приблизно до ручного зварювання сталевим електродом. В характеристикi можна умовно видiлити три области I, II та III. Область I -це малi струми. Тут мае мiсце спадна характеристика, тому що зi збiльшенням струму збiльшуеться об’ем розiгрiтого газу та ступiнi його iонiзацii. Вiдповiдно провiднiсть дуги зростае швидше зростання сили струму, i тому напруга на нiй спадае. Область II — це середнi струми, жорстка характеристика. 3i збшьшенням струму тут пропорцiйно збiльшуеться i перерiз стовпа дуги. Падiння напруги на ньому залишаеться постiйним, як i взагалi напруга дуги. Сила струму встановлюеться регулюванням джерела живлення. Область III — це велик струми, зростаюча характеристика, ступiнь iонiзацii високий. 3i збiльшенням сили струму перерiз стовпа стае недостатнiм, опiр його зростае, падiння напруги на стовпi i уся напруга на дузi зростають. Характер змiни напруги наближаеться до лiнiйного i зростае зi збiльшенням струму. Усi три види характеристик зустрiчаються на практицi. Вивчення характеристики дае цiннi вiдомостi про властивостi дуги.
  При заданiй довжинi дуги L можлива, взагалi кажучi, незлiченна кiлькiсть варiантiв дугового розряду, як вiдрiзняються напругою дуги, температурою газу, дiаметром стовпа, розмiрами електродних плям тощо. Однак досвiд показуе, що в заданих умовах встановлюеться один, цiлком визначений стацiонарний режим дугового розряду. Цiлком логiчним е припущення, за аналогiею з багатьма iншими енергетичними процеса-ми, що дуговий розряд задовольняе „принципу мiнiмума», тобто протiкае при мiнiмальнiй енергй. Оскiльки потужнiсть розряду W та величина струму заданi, то мiнiмальна потужнiсть досягаеться за найменшим значенням напруги дуги Uд min. 3i всього можливого перелiку тiльки цей варiант стiйкий.
  На протязi бiльш нiж сотнi рокiв дуговий розряд залишаеться основним джерелом тепла, дозволяючим отримувати i на протязi довгого часу пiдтримувати високi температури газу — вiд 5000 до 30000 К. Короткочасно в особливих умовах можна пiдтримувати температури у кiлька мiльйонiв градусiв. Mожливiсть досягнення таких температур складае найважлившу перевагу дугового розряду, яка використовуеться в зварювальнiй технiцi. Дуговий розряд вiдмiнний також високою концентрацiею енергii. В електродних плямах можна виявити потужностi в декiлька сотень кiловат на квадратний сантиметр та бiльше. Така висока концентрацiя енергii дуже бажана у зварювальнiй технiцi.
   Необхiдно вiдмiтити, що для живлення зварювальноi  дуги досить i зварювального струму з частотою 50 Гц. Успiшне використання змiнного струму свiдчить про велику стiйкiсть зварювальноi дуги, яка переносить падiння струму до нуля, яке мае мiсце 100 разiв на секунду, та не дуже велику рiзницю в енергетичних якостях катодноi та анодноi  областей дуги.
                                                                                          

   Як вiдомо, енергiя зварювальноi дуги головним чином витрачаеться на плавлення основного й електродного металiв. Якiсть зварювання в значнiй мiрi залежить вiд властивостей джерела, що живить зварювальну дугу.
   В енергетичнiй системi «джерело живлення — дуга — зварювальна ванна» в процесi зварювання можуть з’являтися збурення, через якi порушуеться рiвновага системи. Збурення виникають з рiзних причин: стрибкоподiбнi, перiодичнi або плавнi змiни довжини дуги, короткi замикання дугового промiжку, викликанi переносом металу, змiни напруги загальноi мережi живлення, швидкостi подачi електродного дроту i т.п. Пiд дiею цих збурень змiнюеться електрична провiднiсть дугового промiжку, виникають перехiднi процеси, при яких зазнають змiн такi енергетичнi параметри, як напруга на дузi та зварювальний струм. Це негативно позначаеться на результатах зварювання. Характер i швидкiсть протiкання перехiдних процесiв, а також здатнiсть системи швидко вiдновлювати станстiйкоi рiвноваги визначаються статичними i динамiчними властивостями зварювального джерела живлення. Крiм того, джерело живлення повинне задовольняти технологиii даного процесу дугового зварювання, тобто мати необхiднi технологiчнi властивостi.
   При виборi зварювального джерела живлення велике значення мае характер залежност мiж напругою та силою струму дуги -статична або вольт-амперна характеристика дуги (рис.2). В залежностi вiд способу зварювання зварювальнiй дузi вiдповiдае та або iнша область статичноii характеристики: при ручному дуговому зварюванi статична характеристика дуги спадна з переходом до жорсткоii, при механiзованому зварюваннi пiд флюсом та у вуглекислому газi -жорстка з переходом до зростаючоii. Також вагоме значення мають технiчнi характеристики джерела живлення: напруга холостого ходу Uхх, номiнальна сила зварювального струму Iн, дiапазон регулювання зварювального струму i робочоii напруги, тривалiсть роботи в зварювальному циклi ПН%.
   Напруга Uхх повинна бути достатньоii для легкого збудження дуги. Збудження дуги вiдбуваеться тим легше, чим вище Uхх джерела живлення у залежностi вiд умов зварювання, захисного середовища, складу електродного покриття i т.п. Важливими параметрами е також струм короткого замикання Iк та номiнальна робоча напруга Iн, що вiдповiдае номiнальному значенню зварювального струму Iн для данного джерела живлення. Кожному поточному значенню зварювального струму Iзв вiдповiдае цiлком визначене значення робочоii напруги Uд. Наприклад, при ручному дуговому зварюванi покритими електродами Uд i Iз в зв’язанi  простою залежнiстю, що iнодi називають регулювальною характеристикою джерела живлення Uд = 20 + 0,04 Iзв. Це спiввiдношення регламентуеться ГОСТ 95-77 «Трансформатори однофазнi однопостовi для ручного дугового зварювання». Найбiльш значима характеристика джерела живлення, що визначае його електричнi властивостi, — залежнiсть мiж напругою на вихiдних клемах джерела i силою струму в зварювальному колi.  Вона називаеться зовнiшньою статичною або вольт-ампер-ною характеристикою джерела живлення i грае важливу роль у забезпеченнi стiйкоi роботи в процесi зварювання. 3овнiшня вольт-амперна характеристика може бути круто-спадною (а), пологоспадною (б), жорсткою (в) та зростаючою (г) (рис.3). Вимоги до виду зовнiшнiх характеристик звичайно зв’язанi з особливостями зварювального процесу, для якого призначене джерело живлення: електрод, що плавиться або не плавиться, вiдкрита дуга, пiд флюсом або в захисному газi ступiнь механiзацii i т.п. У залежност вiд способу формування зовшшньоii характеристики вона може бути параметричною, сформованою за рахунок внутршнього опору силового трансформатора або iнших параметрiв електро-магнiтних вузлiв, або схемотехнiчною, отриманою за допомогою схемних рiшень електронних засобiв керування. 3овнiшня характеристика джерела живлення повинна вибиратися такою, щоб при змiнах довжини дуги режим зварювання не зазнавав змiн, що виходять за допустимi межi.
   Джерела живлення з пологоспадною зовнiшньою характеристикою використовують для ручного дугового зварювання, аргонодугового вольфрамовим електродом, механiзованого пiд флюсом на автоматах iз регулюванням швидкостi подачi електродного дроту в залежностi вiд напруги дуги. При ручному i аргонодуговому зварюваннi важливо забезпечити мiнiмальнi вiдхилення струму при коливаннях довжини дуги. Еластичнiсть дуги буде тим вище, чим крутiша вольт-амперна характеристика джерела живлення.
   Джерела живлення з пологоспадною та жорсткою зовнiшньою характеристикою використовують при механiзованому зварюваннi електродом, що плавиться, у захисних газах (СО, Ar, Ar+СО), при автоматичному зварюваннi пiд флюсом iз постiйною, що не залежить вiд напруги дуги, швидкiстю подачi електродного дроту. Вiд правильного вибору зовнiшньоi характеристики джерела живлення залежить не тiльки забезпе-чення сталого стану системи, але i процес саморегулювання дуги, що важливо при автоматичному зварюваннi з постiйною швидкiстю подачi електродного дроту. Чим жорсткiша характеристика джерела живлення, тим iнтенсивнiше виявляеться саморегулювання.

3а всю сторю зварювання створено багато рiзних типiв джерел живлення: вiд простих трансформаторiв, генераторiв i випрямлячiв до найскладнiших сучасних джерел зварювального струму з використанням iнверторноi технiки i комп’ютерного керування.

У якостi джерела змiнного синусоiдального струму служать зварювальнi трансформатори. Для одержання змiнного струму заданоii форми, наприклад прямокутноii, е спецiальнi керованi джерела зварювального струму. 3варювальнi джерела змiнного струму широко використовують при ручному дуговому зварювання покритими електродами i механiзованому зварюваннi пiд флюсом, а також для зварювання легких сплавiв у середовищi аргону.

Для живлення зварювальноii дуги постiйним струмом використовують випрямлячi.

При торканнi електродом виробу вiдбуваеться коротке замикання зварювального кола, струм якого розплавляе та випаровуе метал контактуючих поверхонь. При наступному вiдривi електрода вiд виробу в простора заповненому iонiзованими парами та газами, пiд дiею напруги джерела живлення з’являеться зварювальна дуга. 3будження дуги вiдбуваеться тим легше, чим вище напруга холостого ходу джерела. Для забезпечення надiйного збудження напруга холостого ходу повинна бути не нижче 40 В. 3а умов безпеки напруга холостого ходу джерел змiнного струму не повинна перевищувати 80 В (за виключенням спецiалiзованих джерел) у вiдповiдностi з ДСТУ 2456-94 „3варювання дугове та електрошлакове. Вимоги безпеки.»
                                                          

При зварюваннi неплавким електродом для збудження дуги без торкання на промiжок електрод-вирiб подають високовольтний розряд вiд спецiального генератора високоii напруги — осцилятора.

Стiйке горiння дуги забезпечуеться правильним вибором зовнiшньоi характеристики джерела живлення (рис.4). Наприклад, за спадною статичною характеристикою I дуги джерело живлення повинно мати ще бiльшу крутоспадну зовнiшню характеристику а.

Як можна бачити з рис.4, сила струму та напруга дуги i джерела живлення спiвпадають в точках A i В. 3 них тiльки точка A вiдповщае стiйкому горiнню дуги. Якщо з якоi-небудь причини сила струму знизиться, то напруга джерела живлення стане бiльше напруги дуги, i ii надлишок призведе до збiльшення сили струму, тобто до повернення в точку A. Якщо ж сила струму збiльшиться, то напруга джерела живлення знизиться i стане менше напруги дуги, тому сила струму зменшиться i режим зварювання вiдновиться. Тим самим пiдтримуеться постiний режим зварювання й стiйке горiння дуги.

Точка В вiдповiдае нестiйкому процесу горiння дуги, тому що всяка випадкова змiна сили струму розвиваеться до обриву дуги або до того моменту, поки сила струму не досягне значення, яке вiдповдае точцi сталого процесу горiння дуги A. Отже, стiйке горiння дуги пiтримуеться тiльки в тiй точцi, де зовшшня характеристика джерела живлення е бiльш крутоспадною, нiж статична характеристика дуги.

При жорсткiй статичнiй характеристикb дуги зовнiшня характеристика джерела живлення може бути й крутопологоспадною. При зростаючiй статичнiй вольт-ампернiй характеристики дуги використовують джерела живлення з жорсткими зовнiшнiми характеристиками.

До джерел живлення змiнного струму пред’являють додатковi вимоги, пов’язанi з пониженою стiйкiстю дуги змiнного струму. При частотi 50 Гц напруга джерела живлення за секунду 100 разiв знижуеться до нуля, при цьому дуга згасае. Пiсля кожного такого згасання дуга може збудитися лише при пiдвищенiй напрузi яка зветься напругою повторного збудження. Якщо напруга джерела живлення недостатньо велика — повторного збудження може й не вiдбутися, i у горiннi дуги наступають значнi перерви. Для надiйного повторного збудження дуги змiнного струму необхiдно збiльшувати силу струму i напругу холостого ходу джерела живлення, а також використовувати джерела живлення з бiльшою iндуктивнiстю.

При ручному зварюваннi усi можливi способи регулювання сили струму i напруги дуги можна звести до двох: змiни напруги холостого ходу Uхх i опору Z джерела живлення. Якщо збiльшити напругу холостого ходу джерела живлення (рис.5), його характеристика змiститься вправо й перетнеться з характеристикою дуги при бiльших струмах. Якщо збiльшити опiр джерела живлення, що вiдповiдае змiщенню його характеристики влiво (рис.6), то енергiя, яка вiддаеться джерелом живлення дузi зменшиться, а сила струму знизиться.

При ручному зварюваннi покритими електродами використовують джерела живлення постiйного й змiнного струму з крутоспадними зовнiшними характеристиками (див. рис.3,а). 3авдяки пiдвищенiй напрузi холостого ходу забезпечуеться надiйне початкове i повторне збудження дуги. При поеднаннi крутоспадноi характеристики джерела живлення з жорсткою характеристикою дуги виконуеться умова стiйкостi. Оскiльки на робочiй дiлянцi (область точки A) характеристика джерела живлення близька до вертикальноi, то при збiльшеннi довжини дуги та ii напруги, сила струму зменшуеться несильно. 3а рахунок цього забезпечуеться висока стiйкiсть горiня, еластичнiть зварювальноi дуги i стабiльний режим зварювання. При крутоспаднiй зовнiшнiй характеристицi сила струму короткого замикання порiвняно невелика, тому розбризкування електродного метала при крапельному переносi мале.

   Технiчнi характеристики зварювальних трансформаторiв

   Основними технiчними характеристиками джерел живлення зварювальноi дуги е напруга холостого ходу i номiальна сила зварювального струму. Джерела живлення для ручного зварювання виготовляють на струми 125…500 А, для механiзованого — 315…1000 А, для автоматичного — 500…2000 А, багатопостовi джерела живлення мають номiнальну силу струму 1000…5000 А. Важливим параметром е номiнальна робоча напруга зварювання, що характеризуе напругу на вихiдних клемах трансформатора безпосередньо пiд час процесу зварювання. Величина цiei’ напруги складаеться з напруги зварювальноi дуги та падiння напруги на зварювальних дротах. Ця напруга не тотожна напрузi холостого ходу зварювального трансформатора. В тому разi якщо зовнiшня статична характеристика спадна, то робоча зварювальна напруга менше напруги холостого ходу. Якщо зовнiшня статична характеристика жорстка, то номiнальна робоча зварювальна напруга та напруга холостого ходу зварювального трансформатора майже не вiдрiзняються одна вiд одноi. Цей випадок характерний для звичайних енергетичних трансформаторiв.

Третiй випадок характерний для джерела зварювального струму iз зростаючою зовнiшньою статичною характеристикою. В цьому випадку номiнальна робоча зварювальна напруга перевищуе напругу холостого ходу зварювального джерела живлення. Тут необхщно ще раз пiдкреслити, що характер зовнiшних статичних характеристик залежить вiд технологiчних особливостей процесу зварювання i вiд конкретних фiзичних властивостей матерiалiв, що зварюються.

Наприклад, одпопостовi джерела живлення зi спадною зовнiшньою характеристикою, призначенi для ручного дугового зварювання штучним електродом, мають номiнальну робочу зварювальну напругу 25… 40 В. В технiчнiй документацii вказують межi регулювання сили струму i вiдповiднi йому межi регулювання робочоi напруги. Наприклад, випрямляч для ручного зварювання з номiнальною силою струму 315 А мае межi регулювання сили струму 50…400 А i напруги 22…36 В. Задаеться також напруга холостого ходу. Для джерел живлення зi спадною характеристикою вона становить 60…90 В.

Iншою важливою характеристикою зварювального джерела живлення е характер режиму навантаження. Зварювальнi джерела живлення працюють в одному з наступних режимiв: перемiжному, повтор-но-короткочасному та тривалому. В перемiжному режимi робота пiд навантаженням у перiод часу tн чергуеться з холостим ходом в перiод часу коли джерело живлення не вимикаеться вiд мережi. Такий режим характеризуеться вiдносним перiодом навантаження ПН = tн/(tн+to)100 %, i робочий цикл tн + tх = 5 хв. Джерела живлення для ручного зварювання мають номiнальний ПН 60 %. В повторно-короткочасному режимi робота пiд навантаженням чергуеться з перюдичними вимиканнями джерела живлення вiд мережi на час tо. Такий режим характеризуеться вiдносним перiодом увiмкнення ПВ = tн/(tн+tо)100% i в цьому випадку робочий цикл tн+to=10хв. Це робиться для того, щоб користувач був не тiльки поiнформований, а й попереджений про режим навантаження. Це викликано тим, що характер режиму навантаження безпосередньо пов’язаний з конструцiею обмоток зварювального трансформатора, а конкретно з товщиною дротiв, з яких виконанi цi обмотки. Вiд товщини дротiв залежить вартiсть трансформаторiв. Враховуючи, що дроти обмоток виконують iз чистоi мiдi та алюмiнiю, основна вартiсть зварювального трансформатора складаеться з вартостi дротiв обмоток. Тому розробники зварювальних трансформаторiв намагаються зробити обмотки трансформаторiв з дротiв як можна тонших, щоб зменшити вартiсть трансформаторiв, яка е також однiею з основних споживчих характеристик зварювального джерела живлення. Товщина комутацiйних дротiв  в серединi зварювального джерела живлення та зварювальних кабелiв також залежить вiд цiеi характеристики режиму навантаження. Товщина дротiв описуеться виразом: S мдр2 = I2/ J Iзв (ПВ)1/2/J або S мдр2 = I2 /J = Iзв (ПН)1/2/J, де Sмдр2 — перерiз безпосередньо металу дроту вторинноi обмотки. На це треба звертати увагу при проектуваннi обмоток трансформаторiв. Обмотки трансформаторiв, як правило, виконуються не «го-лими» дротами, а в iзоляцii, тому дiаметр, або перетин дроту без iзоляцii i з iзоляцiею вiдрiзняються один вiд одного.
   I2 — це розрахунковий струм у вториннiй обмотцi, який враховуе режим навантаження i описуеться виразом: I2 = Iзв (ПВ)1/2 або I2 = Iзв (ПН)1/2 ,

де Iзв — зварювальний струм в обмотках зварювального трансформатора;
                                                                       

J — допустима щiльнiсть струму в дротах обмоток зварювального трансформатора. Вона дорiвнюе J=1,5 A/мм за умови природного охолодження обмоток зварювального трансформатора без застосування примусового охолодження з використанням вентиляторiв. Тепер зрозумiло, чому характеристика режиму навантаження така важлива. З метою економii коштовних електротехнiчних матерiалiв розробники вказують граничний розмiр ПВ% або ПН%, а не якийсь середнiй. Тому запасу по цьому показнику у трансформатора нема, i якщо користувач джерела живлення з якоiсь причини навмисно або ненавмисно перевищить цей показник, то зварювальний трансформатор дуже швидко вийде з ладу, через перевищення температури нагрiву дротiв, з яких виконана обмотка.

А iзоляцiйнi матерiали досить чутливi до перевищення температури. Iх iзоляцiйнi властивостi рiзко зменшуються при досягненнi допустимоi межi при цьому виникае руйнування iзоляцii, яке в свою чергу призводить до короткого замикання дротiв обмотки. Таке замикання називають мiжвитковим. В результатi цього отр обмотки змен-шуеться. Струм в дротах обмоток неконтрольовано зростае, обмотка, а вщтак дроти та iзоляцiя ще бiльше перегрiваються, руйнуеться ще бтьша кiлькiсть iзоляцiТ, опiр обмотки падае ще бiльше i струм в дротах обмоток трансформатора наростае лавиноподiбно i досягае таких величин, що не тiльки iзоляцiйнi матерiали, а й метал дротiв починае плавитись. Враховуючи, що зварювальнi трансформатори мають значну потужнiсть, вiд кiлькох до десяткiв кiловольт-ампер, такий

розвиток подiй часто викликае не просто руйнування обмоток та вихiд з ладу зварювального трансформатора, а й бiльш важкi наслiдки: пожежу або руйнування обладнання, яке знаходиться поруч. Тому необхiдно ретельно стежити, щоб режим навантаження при експлуатацii трансформатора вiповiдав розрахунковому. А розробникам обов’язково потрiбно вживати вci заходи, щоб користувачi були всебiчно поiнформованi, на який режим розрахований зварювальний трансформатор. Виконувати зварювальний трансформатор для ручного дугового зварювання на ПН=100% немае сенсу, так як навiть замiна зварювальних електродiв вимагае часу i значно знижуе реальний режим навантаження. Так, за деякими даними, трансформатори для ручного дугового зварювання на протязi дня в середньому використовуються лише з навантаженням ПН=16%.

Oкрiм перерахованих параметрiв в технiчнiй документацп вказуються напруга живлячо’ii мережi, номiальна потужнicть, коефiцiент корисно’ii дii, розмiри i маса джерел живлення.

Прийнята едина система позначення електрозварювального обладнання, що випускаеться пiдприемствами електротехничноii промисловоcтi.

В умовному позначеннi перша лiтера означае тип виробу (Т -трансформатор, В — випрямляч, Г — генератор, П — перетворювач, А

-    агрегат, У — установка); друга литера — вид зварювання (Д — дугове, П — плазмове); третя — споаб зварювання (Ф — пщ флюсом, Г — в захисних газах, У — унiверсальне джерело живлення для дектькох споcобiв зварювання; вiдсутнiсть лiтери означае — ручне дугове зварювання покритими електродами); четверта лiтера пояснюе призначення джерела живлення (М — багатопостовий). Одну або двi наcтупнi цифри використовують для позначення номiнального струму (округлено в сотнях ампер), ще двi цифри — реестрацший номер виробу. Наступна пicля цього лiтера означае клiматичне виконання (У — для краiiн з помiрним шматом; Т — для краiiн з тротчним клiматом), остання цифра вiдповiдае категорii розмiщення джерела живлення

( 1 —   для роботи на вiдкритому повiтрi 2 — у примiщеннях, де коливання температури i вологоcтi несуттево вiдрiзняютьcя вiд коливань на вiдкритому повiтрi; 3 — у закритих примiщеннях, де коливання температури i вологостi, вплив пicку i пилу icтотно меншi, нiж на вiдкритому повiтрi 4 — у примiщеннях зi штучним регулюванням шматичних умов; 5 — у примiщеннях з пiдвищеною вологiстю).
  Умовне позначення, наприклад, джерела живлення ВДГМ-1602УЗ розшифровуеться так: В — випрямляч; Д — для дугового зварювання; Г — у захисних газах; М — багатопостовий; 16 — з номiнальною силою струму 1600 А; 02 — друга модифiкацiя; У — для краiiн з помiрним шматом; 3 — для роботи у закритих примiщеннях.

Принцип дii трансформатора заснований на явищi електромагнiтноii iндукцii, тому зварювальний трансформатор (рис.7) мае стрижневе осердя 2 i змонтованi на ньому первинну 1 i вторинну 3 обмотки.

Режим холостого ходу трансформатора (рис.7, а) встановлюють (при розiмкнутому колi вторинноii обмотки) в момент пiдключення первинноii обмотки до мережi змiнного струму з напругою U1. При цьому в первиннiй обмотцi протiкае струм I1, що створюе в оcердi змiнний магнiтний потiк Ф1. Цей потiк створюе у вториннiй обмотцi змiнну напругу U2. Ocкiльки коло вторинноii обмотки розiмкнене, струм в ньому не протiкае, i жодних витрат енергii у вторинному колi немае. Тому вторинна напруга при холостому ходi максимальна. Ця величина — напруга холостого ходу.

Вiдношення напруг на первиный i вториный обмотках при холостому ходi (коефiцiент трансформацii k)дорiвнюе вiдношенню кiлькоcтi виткiв первинноii W1 i вторинноii W2 обмоток. В зварювальних трансформаторах напруга мережi 220 або 380 В перетворюеться в бiльш низьку — 60… 90 В. Такi трансформатори називаються знижувальними.

Режим навантаження (див. рис.7,б) встановлюють при замиканнi ланцюга вторинноii обмотки в момент запалення дуги. При цьому пiд дiею напруги U2, рiвноii напрузi дуги Uд, у вториный обмотцi зварювального ланцюга i дузi виникае струм I2. Вiн створюе в оcердi змiнний магнiтний потiк, що прагне зменшити величину магнiтного потоку, який створюеться первинною обмоткою. Протидiючи цьому, сила струму в первиный обмотцi збiльшуетьcя. Збiльшення сили струму в первинному ланцюзi вiдбуваеться у вiдповiдноcтi з законом збереження енергii — споживання енергii вiд мережi первинноii обмотки повинно дорiвнювати вiддачi енергii дузi вторинною обмоткою. Отже, знижуючи за допомогою трансформатора напругу в k разiв, в cтiльки ж разiв збiльшують силу струму у вторинному колi.  В зварювальних трансформаторах сила вторинного струму в 3 — 6 разiв бiльше первинного.
  Спадна зовнiшня характеристика одержуеться в зварювальному транcформаторi завдяки великому розсiюванню магнiтного потоку. З цiею метою первинну i вторинну обмотки розмiщують на значнiй вiдcтанi одна вiд одноii. При навантаженнi (див. рис.7,б) частина магнiтного потоку трансформатора замикаеться через повiтря, створюючи потiк розciювання Фр. Тому потiк Ф2, що пронизуе вторинну обмотку, при навантаженн менший, нiж потк Ф1, що пронизуе первинну обмотку. Вiдповiдно i напруга U2, яка створюеться потоком Ф2 у вторинний обмотцi, зменшиться у порiвняннi з U0, яке створюеться при холостому ходi потоком Ф1 на деяку величину Ер, яку називають електрорушiйна сила розсiювання. Таким чином, вторинна напруга трансформатора знижуеться iз-за втрат на внутршньому опорi (iндуктивний опiр трансформатора). 3i збiльшенням сили струму вторинноii обмотки збiльшуються магнiтний потiк i електрорушiйна сила розciювання. Тому зi збiльшенням навантаження напруга на виходi трансформатора U2 зменшуеться. При короткому замиканнi вторинноii обмотки (U2=0) весь потiк, створюваний обмотками, е потоком розсiювання, i електрорушiйна сила, наведена цим потоком, цiлком врiвноважуетьcя напругою, прикладеною до первинноii обмотки трансформатора. Так формуеться спадна зовнiшня характеристика зварювального трансформатора. Крутизна нахилу зовышньоii  характеристики тим бiльше, чим бiльше iндуктивний опiр трансформатора. До основних параметрiв, по яких можна оцiнити технологiчнi можливоcтi трансформатора, крiм напруги холостого ходу Uхх, вiдноcятьcя мiнiмальний i максимальний струм короткого замикання. Значення цих cтрумiв у свою чергу визначаються вiдповiдно максимальним i мiнiмальним iдуктивним опором розciювання трансформатора.

Силу струму регулюють змiною напруги холостого ходу або iдуктивного опору трансформатора (рис.8).

Напруга холостого ходу трансформатора U0=U1W2/W1. Якщо дугу пiдключити до кiнцевих контактiв вторинноii обмотки (див. рис.8,а), то число виткiв W2, що беруть участь в роботi збiльшитьcя. При цьому збiльшиться напруга холостого ходу, а отже, i сила зварювального струму. Очевидно, що при збiльшеннi числа виткiв первинноii обмотки W1 сила струму зменшиться. Секцiонованi обмотки дозволяють регулювати силу струму тiльки ступенево. В трансформаторах з рухомими котушками гвинтовим механiзмом 4 плавно регулюють силу струму (див. рис.8,б), перемiщуючи по осердю 3 рухомi обмотки. Якщо збiльшити вiдcтань мiж первинною i вторинною обмотками, то зростуть магнiтний потiк i електрорушiйна сила розсiювання, таким чином збiльшаться втрати енергii вcерединi трансформатора. Це спричинить зменшення сили струму. Отже збiльшення вiдcтанi мiж обмотками призводить до збiльшення iдуктивного опору трансформатора.

   Формування вольт-амперних статичних та регулювальних характеристик зварювальних трансформаторiв.

    Iншим способом плавного регулювання зварювального струму (рис. 9) е введення рухомого магнiтного шунта 5 мiж первинними 1 та вторинними 2 обмотками i лiвим 3 та правим 4 стержнями магнгтопроводу трансформатора за допомогою регулювального пристрою 6. Регулювальний пристрiй являе собою звичайну механiчну систему гвинт-гайка, в якiй, як правило, гвинт з приводною рукояттю закрiплюеться, з можливiстю обертання навколо своеi осi, на корпусi зварювального трансформатора. Гайка нерухомо закрiплюеться на рухомому шунт 5. При обертаннi гвинта рухомий магнiтний шунт 5 перемiщуеться по напрямних у вiкнi зварювального трансформатора, змiнюе магнiтний опiр на шляху потоку розсiювання магнiтноi системи трансформатора (рис. 10), змiнюючи тим самим магнiтний потiк розсiювання Фр, а вiдтак струм у вториннiй обмотцi, на дуговому промiжку. При введеннi магнiтного шунта 5 у вiкно магнггопровода трансформатора (рис. 9) зменшуеться магнiтний опiр на шляху потоку розсiювання Фр (рис. 10). Сам же полк розсiювання Фр при цьому збiльшуеться, що призводить до збiльшення iндуктивного опору зварювального трансформатора i зменшення сили зварювального струму. Навпаки, якщо ми виводимо магнiтний шунт 5 з вiкна магнiтопровода трансформатора (рис. 9), то тим самим ми збiльшуемо магнiтний опiр на шляху потоку розсiювання Фр в магнiтнiй системi трансформатора (рис. 10). При цьому потiк розсiювання Фр зменшуеться, що приводить до зменшення магнiтного опору зварювального трансформатора i збiльшення сили зварювального струму.
  На рис. 11 наведнi регулювальнi характеристики поширених зварювальних трансформаторiв СТШ-250 та СТШ-125, якi якраз i побудованi за принципом використання рухомого магнiтного шунта для створення регулювальних характеристик. Буква Ш в iх позначеннi також означае, що в конструкцii використано рухомий шунт. На вiдмiну вiд цiе конструкцii зварювальнi трансформатори, якi побудованi за принципом використання змiни вiдстанi мiж рухомими первинними та нерухомими вторинними обмотками, позначаються лiтерами ТД.

 Як видно з графiкiв (рис. 11), мiнiмальний зварювальний струм трансформатора СТШ-125 — 35А, а трансформатора СТШ-250 — 70А при повнiстю введеному рухомому магнiтному шунтi. Максимальний зварювальний струм зварювального трансформатора СТШ-125 -140А, а у зварювального трансформатора СТШ-250 вiдповiдно 265А при повнiстю виведеному рухомому магнiтному шунтi.  Для розширення дiапазону регулювання зварювального струму при побудовi зварювальних трансформаторiв часто використовують комбiнування декiлькох принципiв регулювання зварювального струму. Один iз них — це застосування секцюнованих обмоток, що дозволяе ступенево регулювати зварювальний струм з одночасним використанням в конструкцii зварювального трансформатора рухомого магнiтного шунта або принципу змiни вiдстанi мiж рухомими обмотками трансформатора. Такi конструкцii зварювальних трансформаторiв з комбiнованими принципами регулювання дозволяють отримати значно ширший дiапазон регулювання з бiльш точною настройкою технологiчного режима зварювання. Це дуже важливо для пiттримання стабiльного процесу зварювання у рiзних просторових положеннях зварюваних деталей i при застосуваннi рiзних типiв зварювальних електродiв.

 Ще одним способом формування регулювальних характеристик зварювального трансформатора за допомогою змiни геометрii магнiтопровода е застосування в конструкцii трансформатора рухомого ярма (рис. 12). В цiй конструкцii первинна 1 та вторинна 2 обмотки зварювального трансформатора розташовуються на стержнях 3,4 магнiтопровода окремо одна вiд одноii: первинна 1 — на стержнi 3 магнiтопровода, а вторинна обмотка 2 — на стержнi 4 магнiтопровода трансформатора.
                                                                                                               

 Особливiстю даноii конструкцii е те, що верхне ярмо 5 виконано рухомим. За допомогою регулювального пристрою 6 його перемiщують по напрямних, вiддаляючи або наближаючи до одного iз стержнiв магнггопровода 3. Регулювальний пристрiй, як i в попередньому варiантi з рухомим магнiтним шунтом, являе собою просту механiчну систему гвинт-гайка. В нiй, як правило, гвинт з приводною рукояттю закрiплюеться з можливiстю обертання навколо своеii осi, на корпус зварювального трансформатора, а гайка — нерухомо на рухомому ярмi 5. При обертаннi гвинта рухоме ярмо 5, перемiщуючись по напрямних, змiнюе вiдстань мiж стержнем магнiтопровода 3 та рухомим ярмом 5, змiнюючи при цьому магнiтний опiр, але вже не на шляху потоку розсiювання Фр магнiтоii системи трансформатора, а на шляху основного магнiтного потоку Ф1, створеного первинною обмоткою 1.При цьому змiнюеться магнiтний потiк розсiювання Фр та електрорушiйна сила розсiювання, а вiдтак i змiнний магнiтний потiк Ф2, що, в свою чергу, призводить до змiни струму у вториннiй обмотцi 2 трансформатора i зварювального струму на дуговому промiжку 7. Якщо ми збiльшуемо вiдстань мiж стержнем 3 та рухомим ярмом 5, вiдводячи його за допомогоо регулювального пристрою 6, то вiдповiдно ми збiльшуемо магнiтний опiр на шляху основного потоку намагнiчення Ф1. Бiльша частина цього магнiтного потоку трансформатора замикаеться через повiтря, збiльшуочи потiк розсiювання Фр, що призводить до збiльшення iндуктивного опору звар.вального трансформатора. Тому потiк Ф2, що пронизуе вторинну обмотку 2 трансформатора, при навантаженнi зменшуеться, що викликае зменшення сили зварювального струму. I навпаки, якщо ми наближуемо рухоме ярмо 5 до стержня магнггопровода 3, зменшуючи вiдстань мiж стержнем та ярмом за допомогоо регуловального пристрою 6, то вiдповiдно ми зменшуемо тим самим магнiтний опiр на шляху основного потоку намагнiчення Ф1. При цьому менша частина цього магнiтного потоку замикаеться через повiтря, зменшуючи тим самим потiк розсiювання Фр. Це призводить до зменшення iдуктивного опору зварювального трансформатора. Потiк Ф2, що пронизуе вторинну обмотку 2 трансформатора, при навантаженнi збiльшуеться, що призводить до збiльшення сили зварювального струму на дуговому промiжку.

 При побудовi зварювальних трансформаторiв з рухомим ярмом для розширення дiапазону регулювання та для досягнення бiпьш точного регулювання зварювального струму застосовують принцип комбiнованого формування регулювальних характеристик. При цьому також застосовують секцюнування обмоток, що дозволяе отримати одночасно ступеневе регулювання зварювального струму за допомогою секцii обмоток та плавне регулювання зварювального струму в серединi ступеневого дiапазону за допомогоо перемiщення рухомого шунта регулювальним пристроем. Таке поеднання принципiв формування регулювальних характеристик дозволяе зварювальнику досить точно пiбирати зварювальний струм до кожного режиму зварювання у вiдповiдностi з вимогами технологшш процесу зварювання.
                                                                                                                       
 Таким чином вiдомо чотири основних електромехашчних способи формування регулювальних характеристик зварювальних трансформаторiв. Це секцюнування обмоток, використання змiни вiдстанi мiж первинними та вторинними обмотками зварювального трансформатора, використання рухомого магнiтного шунта у вiкнi магнтопров-да та застосування рухомого ярма магнiтопровода зварювального трансформатора. Цi конструкцii  вiдрiзняються простотою i застосовуються доволi давно.

  Але у них е i значнi недолги. Так, мабуть, найпростiший спосiб формування регулювальних характеристик -це застосування секцюнування обмоток. Дiйсно, в цiй конструкцii нема рухомих частин i трансформатор можна виконати таким чином, що будуть абсолютно вiдсутнi лофти мж конструкцiйними вузлами та деталями трансформатора такими, як пластини магнiтопровода, обмотки, виводи обмоток. А для транс-форматорiв взагалi i для зварювальних зокрема — це значна проблема, оскiьки навiть незначний лофт мiж деталями та вузлами трансформатора призводить до вiбрацii останнiх, викликаноii магнiтодинамiчними силами, якi iндуктують перемiннi магнiтнi потоки трансформатора. Hаслiдком цих вiбрацiй е характерний гул трансформаторiв. I чим гучнiший гул, тим бiльша амплiтуда коливань деталей та вузлiв конструкцii трансформатора i з бiльшою силою деталi та вузли стикаються один з одним, завдаючи взаемного руйнуючого впливу, який може призвести до виводу з ладу зварювального трансформатора. В першу чергу виходить з ладу iзоляi!я дротiв обмоток трансформатора. I навiть якщо електричнi параметри зварювального трансформатора i температурнi режими знаходяться в межах норми, через ударнi навантаження та тертя iзоляцii дротiв дуже часто наступае руйнування iзоляцii трансформатора. А руйнування iзоляцii — це основна поломка трансформатора, яка призводить до каттального вiдновлювального ремонту, при якому необхiдно розшихтувати магнiтопровiд трансформатора, зняти зруйнованi обмотки, виготовити та встановити новi. Таким чином капiтальний ремонт трансформатора може коштувати майже як виготовлення нового. Тому при конструюваннi трансформаторiв розробники намагаються створити таку конструкцiю щоб в нiй було якнайменше рухомих частин. 3 цiею метою обмотки трансформаторiв насичують спецiаль-ними лаками, а потiм запiкають, щоб створити монолiтну конструкцiю та унеможливити люфт дротiв обмоток трансформаторiв.

 Таким чином за силою шумового випромiнювання трансформатора можна зробити висновок про якiсть виготовлення та якiсть конструювання цього трансформатора. Тому, якщо якiсть трансформатора не закладена пiд час конструювання та розробки, досягти високоii якостi трансформатора навiть при високому рiвнi виготовлення неможливо. Особливо це стосуеться зварювальних трансформаторiв, тому що вони на вiдмiну вiд енергетичних трансформаторiв, якi працюють в сталому режимi i для яких режим короткого замикання е аварiйним, використовуються з короткими замиканнями дугового промiжку краплями розплавленого електродного металу. Фактично звароювальний трансформатор пiд час сталого процесу зварювання може сто раз на секунду знаходитись в режимi холостого ходу та короткого замикання при живленнi зварювального трансформатора вiд мережi змiнного струму частото. 50 Гц. Тому зварювальн трансформатори вiнесенi до категорii’ трансформаторiв, якi працюють у важких умовах. А це значить, що при розробцi проектування та експлуатацii зварювальних трансформаторiв на всi наведенi застереження треба звертати пiдвищену увагу. Якщо в конструкцii зварювального трансформатора, особливо в обмотках, е люфт, то можна впевнено сказати, що через досить короткий час такий трансформатор вийде з ладу через руйнування iзоляцii дротiв обмоток та iнших деталей та вузлiв електромагнiтноii системи трансформатора. 3 цiеii точки з-ру конструкцiя зварювального трансформатора з використанням для регулювання зварювального струму принципу секцюнування обмоток е найоптимальнiшою. В нiй нема рухомих частин i, ретельно виконуочи усi технологiчнi правила виготовлення, можна отримати досить надiйний та довговiчний зварювальний трансформатор.
                                                                                                                                                    
 Але в цiй конструкцii е своii недолги. По-перше, ступеневе регулювання не дозволяе точно встановловати силу зварювального струму, необхiдну для якiсного виконання зварювання. Цьому можна зарадити в деякiй мiрi, застосовуючи такий додатковий прийом плавного регулювання зварювального струму, як накручування зварювального кабеля навколо трансформатора назустрiч або в напрямку дротiв вторинноii обмотки зварювального трансформатора. Але це також досить грубе регулювання зварювального струму. Тому зварювальн трансформатори такоii конструкцii намагаються не використовувати для зварювання вiдповiдальних та тонколистових конструкцiй.

 Iншоо особливiстю зварювальних трансформаторiв з регулюванням сили зварювального струму за допомогою секцюнування обмоток е те, що дiапазон регулювання не можна переклочати на ходу. Iншими словами, для того щоб переклочити дiапазони регулювання необхiдно знеструмити обмотки трансформатора. Це викликано тим, що при розмиканнi електричного кола, електрорушiйна сила сомоiндукцii магнiтноii системи трансформатора сягае таких величин, що настае пробж iзоляцii дротiв обмоток трансформатора. Тому багато трансформаторiв даноii конструкцii виходять з ладу, викликаючи нарiкання своiх господарiв на все що завгодно, крiм своеii неуважност або недостатньii обiзнаностi. Та й пiд час зварювання складноii зварноii конструкцii, коли весь час доводиться переклочати дiапазони зварювального струму, можна забути один раз знеструмити зварювальний трансформатор. Але цього одного разу може бути досить для того, щоб вивести з ладу такий складний та коштовний електротехнiчний пристрiй, яким е зварювальний трансформатор.

 

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню