Электросварочные трансформаторы их устройство и эксплуатация

Общие сведения. Промышленный переменный ток в СССР имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц). Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60-75 В. При сварке на малых токах (60-100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70-80 В.
Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. На рис. 14 приводятся принципиальные схемы трансформаторов с отдельным дросселем. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора реактивной катушки).
Понижающий трансформатор, основой которого является магнитопровод 3 (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе 3 имеются первичная 1 и вторичная 2 (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.
Дроссель состоит из магнитопровода 4, набранного из листов трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода 5, рассчитанного на прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе 4 имеется подвижная часть 6, которую можно перемещать с помощью винта, вращаемого рукояткой 7.
Первичная обмотка 1 трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке 7, создает действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке 2 индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя 5 включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой трансформатора.

Рис. 14. Принципиальная электрическая схема сварочных трансформаторов с отдельными дросселями:
а - сварочный ток регулируется изменением воздушного зазора, б - сварочный ток регулируется ступенчато передвигающимся контактом

Величину сварочного тока регулируют изменением воздушного зазора а между подвижной и неподвижной частями магнитопровода 4 (рис. 14, а). При увеличении воздушного зазора а магнитное сопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственно уменьшается, а следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки и увеличивается сварочный ток. При полном отсутствии воздушного зазора а дроссель можно рассматривать как катушку на железном сердечнике, в этом случае величина тока будет минимальной. Следовательно, для получения большей величины тока воздушный зазор нужно увеличить (рукоятку на дросселе вращать по часовой стрелке), а для получения меньшей величины тока - зазор уменьшить (рукоятку вращать против часовой стрелки). Регулирование сварочного тока рассмотренным способом позволяет настраивать режим сварки плавно и с достаточной точностью. Конструкция дросселя со ступенчатым регулированием сварочного тока (рис. 14, б) позволяет изменять величину сварочного тока с помощью передвигающегося контакта включением определенного количества витков обмотки. В этом случае регулирование сварочного тока будет ступенчатым. Магнитопровод дросселя изготовляют неразъемным, вследствие чего конструкция его значительно упрощается. Современные сварочные трансформаторы типа ТД. ТС, ТСК, СТШ и другие выпускаются в однокорпусном исполнении.
В 1924 г. академиком В.П. Никитиным была предложена система сварочных трансформаторов типа СТН, состоящих из трансформатора и встроенного дросселя. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформаторов типа СТН в однокорпусном исполнении, а также магнитная система показаны на рис. 15. Сердечник такого трансформатора, изготовленный из тонколистовой трансформаторной стали, состоит из двух связанных общим ярмом сердечников - основного и вспомогательного. Обмотки трансформатора изготовлены в виде двух катушек, каждая из которых состоит из двух слоев первичной обмотки 1, выполненных из изолированного провода, и двух наружных слоев вторичной обмотки 2, выполненных из неизолированной шинной меди. Катушки дросселя пропитаны теплостойким лаком и имеют асбестовые прокладки.

Рис. 15. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформатора типа СТН в однокорпусном исполнении (а) и его магнитная система (б):
1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка, 3 - реактивная обмотка, 4 - подвижный пакет магнитопровода, 5 - винтовой механизм с рукояткой, 6 - магнитопровод регулятора, 7 - магнитопровод трансформатора, 8 - электрододержатель, 9 - свариваемое изделие

Обмотки трансформаторов типа СТН изготовляют из медного или алюминиевого проводов с выводами, армированными медью. Величину сварочного тока регулируют с помощью подвижного пакета магнитопровода 4 изменением воздушного зазора а винтовым механизмом с рукояткой 5. Увеличение воздушного зазора при вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вызывает, как и в трансформаторах типа СТЭ с отдельным дросселем, уменьшение магнитного потока в магнитопроводе 6 и увеличение сварочного тока. При уменьшении воздушного зазора повышается индуктивное сопротивление реактивной обмотки дросселя, а величина сварочного тока уменьшается.
ВНИИЭСО разработаны трансформаторы этой системы CTH-500-II и CTH-700-II с алюминиевыми обмотками. Кроме того, на базе этих трансформаторов разработаны трансформаторы ТСОК-500 и ТСОК-700 со встроенными конденсаторами, подключенными к первичной обмотке трансформатора. Конденсаторы компенсируют реактивную мощность и обеспечивают повышение коэффициента мощности сварочного трансформатора до 0,87.
Однокорпусные трансформаторы СТН более компактны, масса их меньше, чем у трансформаторов типа СТЭ с отдельным дросселем, а мощность одинакова.
Трансформаторы с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.
Катушки первичной обмотки такого трансформатора неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные. Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая – при удалении. С ходовым винтом 5 связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5% от значения максимального тока. Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.
На рис. 16, а, б, показаны принципиальная электрическая и конструктивная схемы трансформатора ТСК-500. При повороте рукоятки 3 трансформатора по часовой стрелке катушки обмоток 6 и 7 сближаются, вследствие чего магнитное рассеяние и вызываемое им индуктивное сопротивление обмоток уменьшаются, а величина сварочного тока увеличивается. При повороте рукоятки против часовой стрелки катушки вторичной обмотки удаляются от катушек первичной обмотки, магнитное рассеяние увеличивается и величина сварочного тока уменьшается.
Трансформаторы снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке. Трансформаторы типа ТСК отличаются от ТС наличием компенсирующих конденсаторов 8, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (cos φ). На рис. 16, в показана принципиальная электрическая схема трансформатора ТД-500, представляющего собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Трансформатор работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное - диапазон малых токов.

Рис. 16. Сварочные трансформаторы:
а – конструктивная схема трансформатора ТСК-500 (кожух снят), б - его электрическая схема: 1 - сетевые зажимы для проводов, 2 - сердечник (магнитопровод), 3 - рукоятка для регулирования тока, 4 - зажимы для подсоединения сварочных проводов, 5 - ходовой винт, 6 - катушка вторичной обмотки, 7 – катушка первичной обмотки, 8 - компенсирующий конденсатор (стрелками показано перемещение катушек для регулирования тока), в - параллельное соединение обмоток трансформатора ТД-500, г - последовательное соединение обмоток: ОП - первичная обмотка, ОВ - вторичная обмотка, ПД - переключатель диапазона токов, С - защитный фильтр от радиопомех

Последовательное соединение обмоток за счет отключения части витков первичной обмотки позволяет повысить (напряжение холостого хода, что благоприятно отражается на горении дуги при сварке на малых токах.
При сближении обмоток уменьшается индуктивность рассеяния, что приводит к увеличению сварочного тока; при увеличении расстояния между обмотками увеличивается индуктивность рассеяния, а ток соответственно уменьшается. Трансформатор ТД-500 имеет однокорпусное исполнение с естественной вентиляцией, дает падающие внешние характеристики и изготавливается только на одно напряжение сети - 220 или 380 В.
Трансформатор ТД-500 - однофазный стержневого типа состоит из следующих основных узлов: магнитопровода - сердечника, обмоток (первичной и вторичной), регулятора тока, переключателя диапазонов токов, токоуказательного механизма и кожуха.
Алюминиевые обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки неподвижно закреплены у нижнего ярма, а вторичной обмотки - подвижные. Диапазоны тока изменяют переключателем барабанного типа, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора. Ток отсчитывают по шкале, отградуированной соответственно на два диапазона токов при номинальном напряжении питающей сети.
Емкостной фильтр, состоящий из двух конденсаторов, служит для снижения помех радиоприемным устройствам.
Правила безопасности труда при эксплуатации сварочных трансформаторов. В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно, изолированы. Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни. Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей среды, напряжения между точками соприкосновения, материала пола, на котором стоит человек, и др.
Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т. е. на электрододержателе. Напряжение считается безопасным в сухих помещениях до 36 В, в сырых - до 12 В.
При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства – ограничители холостого хода.

При эксплуатации и монтаже электроустановок часто проводят сварочные работы. В качестве источников сварочного тока применяют однопостовые и многопостовые трансформаторы, выпрямители и специальные генераторы постоянного Н переменного тока. На органы управления сварочным оборудованием наносят надписи или условные знаки, указывающие их функциональное назначение. Органы управления снабжают фиксаторами положения или ограждениями, исключающими их самопроизвольное переключение, сварочные установки, со стороны питающей сети защищают автоматами или предохранителями. Соединительные провода между передвижной сварочной установкой и пунктом питания делают длиной не более 10 м и защищают от механических повреждений.

Для подвода тока к электроду применяют шланговый кабель, а в качестве обратного провода могут быть использованы гибкие провода и сама свариваемая конструкция. Запрещается использовать в качестве обратного провода сети заземления и металлические конструкции несвариваемого технологического оборудования. Зажим вторичной обмотки сварочного трансформатора, - к которому подключают обратный провод, заземляют. Заземляют также корпус сварочной установки, для этого предусмотрен специальный болт с надписью «Земля». Электросварочное оборудование передвижного типа, которое трудно заземлять, снабжают устройством защитного отключения.

Конструкция сварочного электрододержателя должна соответствовать требованиям ПУЭ, применять самодельные электрододержатели запрещается. Постоянные работы по электродуговой сварке в зданиях нужно проводить в специальных вентилируемых помещениях, отвечающих требованиям СНиП.

Наблюдает за состоянием электросварочных установок, присоединяет их к электросети и отъединяет от нее электротехнический персонал. Электросварщики должны иметь квалификационную группу по технике безопасности не ниже II. Во время работы электросварщик надевает специальную одежду (куртка, брюки, ботинки с глухим верхом, рукавицы, фартук, нагрудник и головной убор), лицо и глаза защищает щитком или маской. Стекла щитка подбирают в зависимости от режима сварки. При работах внутри металлических конструкций, на открытом воздухе после дождя и снегопада сварщик пользуется дополнительными защитными средствами.

Уход за сварочными устройствами заключается в периодической (не реже одного раза в месяц) очистке от пыли и грязи, проверке состояния контактных соединений, соединительных и заземляющих проводов, смазке привода регулятора. Сроки текущих и капитальных ремонтов сварочных установок определяет главный энергетик предприятия, исходя из местных условий и режима эксплуатации установки, а также указаний завода-изготовителя. После ремонтов сварочных устройств проверяют сопротивление изоляции электрических цепей мегомметром (должно быть не менее 0,5 МОм), а после капитального ремонта дополнительно испытывают повышенным напряжением частоты 50 Гц.

Билет №24