Сварочные трансформаторы

Типы сварочных аппаратов и их выбор

Существуют следующие основные типы сварочных аппаратов:

• трансформаторы;
• выпрямители;
• инверторы.

Ещё выделяют:

• полуавтоматы;
• генераторы - сварочные аппараты с бензиновым или дизельным электрогенератором;
• и прочие промышленные аппараты.

Сварочный генератор

Немного о терминологии

При выборе сварочных аппаратов и ознакомлении с их характеристиками приходится сталкиваться со специальными терминами, значение которых желательно знать, чтобы не ошибиться в выборе. Вот некоторые из них.

AC (англ. alternating current) - переменный ток.
DC (англ. direct current) - постоянный ток.
MMA (англ. Manual Metal Arc) - ручная дуговая сварка штучными электродами. Известна у нас под названием РДС.
TIG (англ. Tungsten Inert Gas) - ручная сварка вольфрамовыми неплавящимися электродами в среде защитного газа (аргона).
MIG/MAG (англ. Metal Inert/Active Gas) - полуавтоматическая дуговая сварка плавящейся электродной проволокой в среде инертного (MIG) или активного (MAG) газа с автоматической подачей проволоки.
ПВ (ПР, ПН, ПВР) - продолжительность включения - время, которое аппарат способен работать при определенном токе (ток указывается вместе с ПВ) до автоматического отключения из-за перегрева. Значение ПВ указывается в процентах по отношению к стандартному циклу, принимаемому равным 10 или 5 минутам. Если ПВ равно 50%, это означает, что при цикле 10 минут, после 5 минут непрерывной работы требуется 5 минут простоя для охлаждения аппарата. Этот параметр может быть равен и 10%, поэтому на него нужно обязательно обращать внимание. В понятия: продолжительность включения (ПВ), продолжительность работы (ПР), продолжительность нагрузки (ПН) вкладывают разный смысл, но суть одна - непрерывность сварки.

Сварочные трансформаторы

Сварочный трансформатор - это устройство, преобразующее переменное напряжение входной сети в переменное напряжение для электросварки. Основным его узлом является силовой трансформатор, с помощью которого сетевое напряжение снижается до напряжения холостого хода (вторичное напряжение), составляющего обычно 50-60В.

Простая для понимания схема сварочного трансформатора имеет следующий вид:

Простая схема сварочного трансформатора: 1 - трансформатор; 2 - реактор с переменной индуктивностью; 3 - электрод; 4 - свариваемая деталь.

Для ограничения тока короткого замыкания и устойчивого горения дуги трансформатор должен иметь круто падающую внешнюю вольт-амперную характеристику (про вольт-амперную характеристику читайте в конце статьи). Для этого либо используют трансформаторы с увеличенным рассеянием, вследствие чего сопротивление при коротком замыкании оказывается у них в несколько раз больше, чем у обычных силовых трансформаторов. Либо в цепь с трансформатором с нормальным рассеянием включают реактивную катушку с большим индуктивным сопротивлением - дроссель (дроссель может быть включен не в цепь вторичной обмотки, а в цепь первичной, где меньше ток). Если у дросселя можно изменять индуктивность, регулируя её, изменяют форму внешней вольт-амперной характеристики трансформатора и ток дуги I₂₁ или I₂₂, соответствующий напряжению дуги Uд.

Регулирование сварочного тока. Сила тока в сварочных трансформаторах может регулироваться изменением индуктивного сопротивления цепи (амплитудное регулирование с нормальным или увеличенным магнитным рассеянием) или с помощью тиристоров (фазное регулирование).

В трансформаторах амплитудного регулирования, необходимые параметры сварочного тока обеспечиваются перемещением подвижных катушек, магнитных шунтов или с помощью отдельной реактивной катушки как на рисунке выше. При этом синусоидальная форма переменного тока не изменяется.

Схема сварочного трансформатора с подвижными обмотками: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная, 3 - стержневой магнитопровод, 4 - винтовой привод.

Схема сварочного трансформатора с подвижным магнитным шунтом: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная, 3 - стержневой магнитопровод, 4 - подвижный магнитный шунт, 5 - винтовой привод.

Разновидности трансформаторов с подвижным магнитным шунтом

Может быть простое переключение количества используемых витков обмотки трансформатора, для уменьшения напряжения холостого хода и следовательно тока сварки.

Трансформаторы с тиристорным (фазовым) регулированием состоят из силового трансформатора и тиристорного фазорегулятора с двумя встречно-параллельными тиристорами и системой управления. Принцип фазового регулирования состоит в преобразовании синусоидальной формы тока в знакопеременные импульсы, амплитуда и длительность которых определяются углом (фазой) включения тиристоров.

Схема сварочного трансформатора с тиристорным управлением. БЗ - блок задания, БФУ - блок фазового управления.

Осциллограмма для трансформатора с тиристорным управлением без использования приемов сглаживания

Применение тиристорного фазорегулятора позволяет получить сварочный аппарат, характеристики которого выгодно отличаются от характеристик трансформатора с амплитудным регулированием. В более сложных схемах управления, чем на рисунке выше, формируется переменный ток прямоугольной формы. А при этом, например, достигается повышенная скорость перехода импульса через нулевое значение, вследствие чего уменьшается время безтоковых пауз и повышается устойчивость горения дуги и качество сварного шва. Что нельзя сказать про осциллограмму изображенную выше, на ней безтоквые промежутки больше чем у трансформаторов с амплитудным регулированием и качество сварки хуже.

Другое достоинство тиристорных аппаратов заключается в простоте и надежности силового трансформатора. Отсутствие стальных шунтов, подвижных частей и связанных с ними повышенных вибраций делает трансформатор простым в изготовлении и долговечным в работе.

По типу питающей сети сварочные трансформаторы бывают однофазными и трехфазными. Последние, как правило, могут подключаться и к однофазной сети. На рисунке ниже представлены однофазный и трехфазный трансформаторы с регулированием тока магнитным шунтом.

Сварочные трансформаторы

Достоинства и недостатки сварочных трансформаторов. К достоинствам сварочных трансформаторов относятся сравнительно высокий КПД (70-90%), простота эксплуатации и ремонта, надежность и дешевизна.

Список недостатков более обширен. Прежде всего, это низкая стабильность горения дуги, обусловленная свойствами самого переменного тока (наличие безтоковых пауз при переходе электрического сигнала через ноль). Для качественной сварки необходимо использовать специальные электроды, предназначенные для работы при переменном токе. Отрицательно сказываются на стабильности горения дуги и колебания входного напряжения.

Сварочным трансформатором нельзя варить нержавеющую сталь, которая требует постоянного тока, и цветные металлы.

Если мощность сварочного аппарата переменного тока достаточно велика, его вес может доставлять определенные трудности при переносе трансформатора с места на место.

И, тем не менее, недорогой, надежный и неприхотливый сварочный трансформатор - не такой уж плохой выбор для дома. Особенно в том случае, если варить приходится редко, а средств на покупку более функциональной модели не хватает.