Источники питания переменного тока

Сварочные аппараты переменного тока состоят из понижающего трансформатора и специального устройства, создающего падающую внешнюю характеристику и регулирующего сварочный ток. Они подразделяются на две основные группы:

1) аппараты, состоящие из трансформатора с жесткой внешней характеристикой и дросселя;

2) аппараты, имеющие трансформатор с падающей внешней характеристикой, создаваемой усиленными полями рассеяния в самом трансформаторе.

Сварочные аппараты первой группы могут быть с отдельным дросселем (на отдельном магнитопроводе) и со встроенным дросселем (на общем магнитопроводе трансформатора). Технические данные сварочных трансформаторов приведены в таблице 2.1. Внешний вид сварочного трансформатора приведен на рис. 2.14.

 

Рис. 2.14. Внешний вид сварочного трансформатора

 

Таблица 2.1

Сварочные трансформаторы

 

 

 

 

Сварочные аппараты с отдельным дросселем (рис. 2.15) состоят из понижающего трансформатора и дросселя регулятора тока. Трансформатор Тр имеет сердечник (магнитопровод) 2 из отштампованных пластин, изготовленных из тонкой трансформаторной стали толщиной 0,5 мм. На сердечнике расположены первичная и вторичная 3 обмотки. Первичная обмотка из изолированной проволоки подключается к сети переменного тока напряжением 220 или 380 В. Во вторичной обмотке, изготовленной из медной шины, индуцируется ток напряжением 60...70 В. Последовательно вторичной обмотке в сварочную цепь включена обмотка 4 (из голой медной шины) дросселя Др (регулятора тока). Сердечник дросселя набран из пластин тонкой трансформаторной стали и состоит из двух частей: неподвижной 5, на которой расположена обмотка дросселя, и подвижной 6, перемещаемой с помощью винтовой пары 7. При вращении рукоятки по часовой стрелке воздушный зазор а увеличивается, а против часовой стрелки – уменьшается.

 

Рис. 2.15. Схема сварочного аппарата с отдельным дросселем

При возбуждении дуги (при коротком замыкании) большой ток, проходя через обмотку дросселя, создает мощный магнитный поток, наводящий э.д.с. дросселя, направленную против напряжения трансформатора. Вторичное напряжение, развиваемое трансформатором, полностью поглощается падением напряжения в дросселе. Напряжение в сварочной цепи почти достигает нулевого значения. При возникновении дуги сварочный ток уменьшается; вслед за ним уменьшается э.д.с. самоиндукции дросселя, направленная против напряжения трансформатора. В сварочной цепи устанавливается рабочее напряжение, необходимое для устойчивого горения дуги, меньшее, чем напряжение холостого хода. Изменяя зазор а между неподвижным и подвижным магнитопроводом, изменяют индуктивное сопротивление дросселя и тем самым ток в сварочной цепи. При увеличении зазора магнитное сопротивление магнитопровода дросселя увеличивается, магнитный поток ослабляется, уменьшается э.д.с. самоиндукции катушки и ее индуктивное сопротивление. Это приводит к возрастанию сварочного тока. При уменьшении зазора сварочный ток уменьшается. По этой схеме изготовлены и эксплуатируются сварочные трансформаторы типа СТЭ. Трансформаторы СТЭ-24-У и СТЭ-34-У не сложны по устройству и безопасны в работе и поэтому широко применяются при ручной дуговой сварке.

Сварочные аппараты со встроенным дросселем (рис. 2.16) имеют электромагнитную схему, разработанную академиком В.П. Никитиным. Сердечник трансформатора состоит из основного магнитопровода, на котором расположены первичная 2 и вторичная 6 обмотки собственно трансформатора и добавочного магнитопровода 4 с обмоткой дросселя 5 (регулятор тока). Добавочный магнитопровод расположен над основным и состоит из неподвижной и подвижной частей, между которыми при помощи винтового механизма 3 устанавливается необходимый воздушный зазор а. Магнитный поток, создаваемый обмоткой дросселя, может иметь попутное или встречное направление с потоком, создаваемым вторичной обмоткой трансформатора. В зависимости от того, как включены эти обмотки. При встречном соединении магнитные потоки, возникающие при прохождении тока во вторичной обмотке трансформатора Фт и обмотке регулятора тока Фд, будут направлены навстречу друг другу. При этом напряжение холостого хода Uхх=Uтх+Uдх, где Uтх – напряжение во вторичной обмотке трансформатора, В; Uдх – напряжение в обмотке дросселя, В.

Рис. 2.16. Схема сварочного аппарата со встроенным дросселем

При попутном включении магнитные потоки Фт и Фд будут иметь одинаковое направление и напряжение холостого хода Uхх=Uтх-Uдх Регулирование сварочного тока производится изменением воздушного зазора a (чем больше зазор, тем больше сварочный ток).

Сварочные аппараты с увеличенным магнитным рассеянием делятся на две группы: с подвижными обмотками и с магнитным шунтом. У обычных силовых трансформаторов (рис. 2.17, а) первичная 1 и вторичная 2 обмотки максимально сближены, потоки рассеяния минимальные и поэтому внешняя характеристика жесткая. У трансформаторов сварочных аппаратов с увеличенным магнитным рассеянием (рис. 2.17, б) первичная 1 и вторичная 2 обмотки разведены, потоки рассеяния большие, а внешняя характеристика падающая. Сварочный трансформатор с подвижными обмотками имеет магнитопровод, на обоих стержнях которого расположены по две катушки: одна с первичной обмоткой, а вторая со вторичной обмоткой. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно в нижней части сердечника, катушки вторичной обмотки перемещаются по стержням с помощью винтовой пары. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичными и вторичными обмотками. При увеличении этого расстояния магнитный поток рассеяния возрастает, а сварочный ток уменьшается. По этому принципу изготовлены сварочные аппараты типа ТС, ТСК, ТД с алюминиевыми обмотками.

Рис. 2.17. Сварочные трансформаторы

Сварочные аппараты типа ТСК имеют конденсаторы, которые включены параллельно первичным обмоткам. Они способствуют повышению коэффициента мощности. Трансформатор типа ТД имеет два диапазона сварочных токов: большие токи – при параллельных соединениях (рис. 2.18, а) катушек первичной (ОП) и вторичной (ОВ) обмоток, и малые токи – при последовательных соединениях обмоток (рис. 2.18, б). При этом небольшая часть первичной обмотки отключается, и этим повышают напряжение холостого хода, что обеспечивает устойчивое зажигание и горение дуги при малых токах. Переключение обмоток производится одновременно пакетным переключателем (ПД). В каждом диапазоне сварочный ток плавно регулируют, изменяя расстояние между катушками первичной и вторичной обмоток. Внешняя характеристика трансформатора ТД представлена на рисунке 2.18, в (диапазон малых токов – 2, 4; диапазон больших токов – 1, 3).

Рис. 2.18. Сварочный трансформатор типа ТД

Для автоматической дуговой сварки под флюсом получили широкое распространение трансформаторы с управляемым магнитным шунтом. Принцип действия основан на создании повышенных магнитных полей рассеяния при изменении магнитного насыщения управляемого шунта. Шунт имеет обмотку управления, которую подключают к источнику постоянного напряжения. Промышленность выпускает стабилизированные сварочные трансформаторы с управляемым шунтом типа ТДФ, состоящие из трансформатора, регулятора тока и блока защитной и вспомогательной аппаратуры. Трансформатор имеет магнитопровод стержневого типа. Первичная обмотка имеет две секции и расположена на стержнях в нижней части магнитопровода; вторичная обмотка – многосекционная. Основные ее части расположены на стержнях в верхней части магнитопровода, а дополнительные секции с меньшим числом витков размещены совместно с первичной обмоткой на стержнях в нижней части магнитопровода. Такое расположение вторичной обмотки обеспечивает хорошее качество при переключении ступеней сварочного тока и получение крутопадающей внешней характеристики. Переход от ступени малых токов на ступень больших токов выполняется пакетным выключателем. Магнитный шунт с четырьмя обмотками управления расположен в центре между первичной и вторичной обмотками.

 

Рис. 2.19. Сварочный аппарат с увеличенным магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом

Сварочные аппараты с увеличенным магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом (рис. 2.19) имеют целый замкнутый магнитопровод, на стержнях которого расположены первичная 2 и вторичная 3 обмотки. Катушки первичной обмотки неподвижно закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки – у верхнего ярма магнитопровода трансформатора. Между ними находится стержень – магнитный шунт 1. Шунт замыкает магнитные потоки, создаваемые первичной и вторичной обмотками. При этом образуются магнитные потоки рассеяния, которые создают значительное индуктивное сопротивление. Таким образом, обеспечивается падающая внешняя характеристика трансформатора. Регулирование сварочного тока производится перемещением магнитного шунта вдоль направления магнитного потока. При выдвижении шунта рассеяние магнитных потоков первичной и вторичной обмоток уменьшается, вследствие чего уменьшается индуктивное сопротивление трансформатора. При этом сварочный ток возрастает. По этому принципу работают сварочные аппараты типов СТАН и СТШ. Сварочные аппараты типа СТШ имеют магнитный шунт, состоящий из двух половин, которые могут сдвигаться и раздвигаться. Положение частей шунта изменяют ходовым винтом с рукояткой и гайками, вмонтированными в шунты (одна с левой, другая с правой резьбой). При вращении винта по часовой стрелке половины шунта раздвигаются, против часовой стрелки – сдвигаются. При полностью сдвинутых половинах шунта сварочный ток будет минимальный. Если раздвигать половины шунта, то магнитный поток рассеяния уменьшается и поэтому сварочный ток возрастает. Магнитопровод трансформатора и магнитный шунт набраны из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм, обмотки трансформатора – из алюминия и армированы на концах медью. Трансформатор установлен на тележке.

Зажимы для подключения сетевого напряжения расположены на левой боковой стенке кожуха, а зажимы для сварочных проводов – на правой; на передней стенке кожуха – рукоятка регулятора тока и токоуказатель. В строительстве и промышленности применяют сварочные аппараты типов СТШ-300, СТШ-500 и СТШ-500-80. Аппарат СТШ-500-80 (рис. 2.20, а, б) отличается от первых двух типов тем, что имеет два диапазона сварочных токов. Катушки обмоток могут переключаться с последовательного соединения (рис. 2.20, а) для малых сварочных токов на параллельное соединение (рис. 2.20, б) для больших сварочных токов. Он имеет повышенное напряжение холостого хода 80 В. Рабочее напряжение при параллельном соединении обмоток составляет 25 В, а при последовательном – 50 В. Трансформатор имеет устройство, отключающее первичную обмотку от сети через 0,5...1с после прекращения сварки. В монтажных условиях применяют аппараты легкого типа СТШ-250 массой 44 кг.

В некоторых случаях для повышения устойчивости горения дуги, питаемой переменным током, применяют способ наложения на сварочный ток частотой 50 Гц токов высокой частоты (150...500 кГц) и высокого напряжения (1500...6000 В). Такие меры предпринимают при сварке тонкостенных изделий дугой малой мощности и при сварочном токе 20...40 А, а также при сварке в защитных газах, сварке специальных сталей и некоторых цветных металлов.

Рис. 2.20. Сварочные трансформаторы с магнитным шунтом

Для получения токов высокой частоты и высокого напряжения применяют осцилляторы (рис. 2.21).

 

 

 

Рис. 2.21. Схема осциллятора

 

 

При применении осциллятора дуга загорается легко, даже без прикосновения электрода к изделию (при зазоре 1...2 мм), что объясняется предварительной ионизацией воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью.