Трансформаторы для электрошлаковой сварки

Для электрошлаковой сварки используют одно- и трехфазные трансформаторы с жесткой формой ВАХ и пониженным напряжением холостого хода. Основной особенностью трансформаторов для электрошлаковой сварки является широкий диапазон регулирования вторичного напряжения. Наряду с трехфазными трансформаторами для этих целей находят применение и однофазные трансформаторы.

В подавляющем большинстве трансформаторов для электрошлаковой сварки регулирование напряжения ступенчатое, осуществляемое в основном переключением секционированных первичных и вторичных обмоток. Устройства, которые способны обеспечить плавное регулирование напряжения не получили широкого применения главным образом потому, что более простые конструкции со ступенчатым регулированием вполне удовлетворяют основным технологическим требованиям процесса электрошлаковой сварки. Нет также особой необходимости и в регулировании напряжения под нагрузкой во всем диапазоне. Достаточно осуществлять такое регулирование лишь в относительно узких пределах, чтобы иметь возможность установить режим сварки с точностью 1–2 В и затем его поддерживать.

Наиболее широкое применение нашли трансформаторы типов ТШС и ТМРК.

Трансформаторы типа ТШС могут быть двух исполнений: однофазными и трехфазными. В однофазных трансформаторах ТШС-1000-1 и ТШС-3000-1 (рис. 3.15, а) возможно грубое регулирование во вторичной обмотке W₂ переключением ее секций и более тонкое – в первичной обмотке W₁, имеющей шесть секций, соединенных последовательно. Включение и отключение той или другой ступени осуществляется с помощью магнитных пускателей в управляющей цепи. При их переключении обмотки трансформатора отключаются на короткое время, что снижает качество сварных соединений. Чтобы избежать этого, в трансформаторах ТШС-1000-1М и ТШС-3000-1М применены контроллеры с сопротивлениями, позволяющие изменять напряжение трансформатора без отключения первичной сети.

а) б) в) г)

Рис. 3.15. Схемы регулирования режима, применяемые в трансформаторах для электрошлаковой сварки

В трехфазных трансформаторах ТШС-1000-3 и ТШС-3000-3 секционированы как первичная W₁, так и вторичная W₂ обмотки (рис. 3.16).

Первичная обмотка имеет шесть отпаек, вторичная – три. Регулирование режима сварки осуществляется переключением числа витков вторичной и первичной обмоток. Более плавное регулирование напряжений внутри выбранного диапазона осуществляется контакторами КМ₁-КМ₆. Контакторы управляются аппаратурой, в состав которой входят шесть реле К₁-К₆, поникающий трансформатор Т₂ и переключатель. Для контроля величины сварочного тока каждой фазы установлены три трансформатора ТА₁-ТА₃, к которым подключены амперметры шкафа управления трансформатором.

Рис. 3.16. Принципиальная схема трансформатора типа ТШС

В трехфазных трансформаторах ТШС-1000-3М и ТШС-3000-3М из-за сложности регулирования фазного напряжения с помощью коммутационной аппаратуры применена схема регулировки фазного напряжения с вольтодобавочным трансформатором (ВДТ), мощность которого не более 10 % от мощности основного трансформатора. Напряжение регулируется в каждой фазе: грубое – переключением секций первичной обмотки, тонкое – переключением первичной обмотки (ВДТ) на соответствующую фазу. Такая коммутация обеспечивает пять ступеней регулирования.

В трансформаторах типа ТРМК плавное регулирование сварочного напряжения осуществляется с помощью магнитной коммутации или тиристорного управления. В трансформаторах с магнитной коммутацией серии ТРМК, которую осуществляют размагничиванием постоянным током, первичная W₁ и примерно 70 % вторичной W₂ обмотки расположены на стержне в нижнем окне магнитопровода, а остальная часть вторичной обмотки W_2.2 находится на стержне в верхнем окне магнитопровода. Обмотки управления W_у1 и W_у2 расположены на верхнем и среднем ярме магнитопровода. Изменяя значение постоянного тока, протекающего по обмоткам управления, осуществляют перераспределение основного магнитного потока между верхним и средним ярмом магнитопровода трансформатора. Изменение магнитного потока в верхнем окне магнитопровода приводит к изменению ЭДС, наведенной в части вторичной обмотки W_2.2.

Рис. 3.17. Электромагнитная схема трансформатора ТРМК-300-1

Возможно также тиристорное управление сварочным напряжением в первичной цепи. Оно осуществляется блоком управления, состоящим из тиристоров, и соединяется последовательно с первичной обмоткой. Вместо тиристоров могут быть установлены семисторы. Управление сварочным напряжением осуществляется изменением угла проводимости тиристоров или семисторов. Разработаны конструкции тиристорных прерывателей. Они имеют большие возможности активного воздействия на процесс сварки.

Однофазные трансформаторы можно включать в трехфазную сеть по схеме Скотта.

Сварочные выпрямители

4.1 Элементы преобразования в источниках питания и схемы силовых выпрямительных блоков

В современных источниках питания для сварки, в особенности специализированных, широко применяются устройства, осуществляющие преобразование переменного тока в постоянный или, наоборот, постоянного в переменный. Преобразователи с естественной коммутацией, составленные из таких элементов, как трансформаторы, реакторы, конденсаторы и вентили, применяются для передачи энергии между двумя цепями переменного тока разных частот или между цепями переменного и постоянного тока как в одном, так и в обоих направлениях. Преобразователи с естественной коммутацией могут быть подразделены на две большие группы:

– преобразователи, обеспечивающие передачу потока энергии между системами переменного и постоянного тока;

– преобразователи, обеспечивающие передачу потока энергии между двумя системами переменного тока, которые работают при различных напряжениях или частотах (специальные преобразователи).

Преобразователи с естественной коммутацией, относящиеся к первой группе и соединяющие системы переменного и постоянного тока, могут быть управляемыми и неуправляемыми. Для снижения потребления реактивной мощности на стороне постоянного тока управляемого преобразователя можно присоединить шунтирующий диод. В неуправляемых преобразователях или управляемых преобразователях с шунтирующим диодом энергия может передаваться только из системы переменного тока в систему постоянного тока, следовательно такие преобразователи могут работать только в выпрямительном режиме.

Управляемые преобразователи могут передавать энергию в обоих направлениях. Когда энергия передается из системы переменного тока в систему постоянного тока, происходит преобразование переменного напряжения в постоянное – выпрямление. Когда энергия передается в противоположном направлении, происходит преобразование постоянного напряжения в переменное – инвертирование.

В сварочных источниках питания даже управляемые преобразователи передают энергию, как правило, только в одном направлении.

Неуправляемые и управляемые преобразователи, передающие энергию только из системы переменного тока в систему постоянного тока, называют выпрямителями. Управляемые преобразователи, передающие энергию только из системы постоянного тока в систему переменного тока, называют инверторами.

В сварочных источниках питания, за некоторыми исключениями, в основном используются преобразователи, обеспечивающие передачу потока энергии между системами переменного и постоянного тока, т. е. преобразователи первой группы.

Выпрямители для дуговой сварки отличаются многочисленностью конструктивных решений и многообразием внешнего вида. Вместе с тем они имеют и общие элементы: силовой трансформатор, выпрямительный блок, пускорегулирующую, измерительную и защитную аппаратуру. В специализированных выпрямителях содержится ряд других элементов, облегчающих ведение процесса сварки. Ниже рассмотрим функции, которые выполняют отдельные элементы сварочных выпрямителей, и их устройство.