Джерела живлення зварювальної дуги змінного струму (зварювальні трансформатори)

Зовнішня характеристика джерел живлення зварювальної дуги

Зовнішня характеристика джерел живлення (зварювального трансформатора, випрямляча і генератора) - це залежність напруги на вихідних затискачах від величини струму навантаження. Залежність між напругою і струмом дуги в сталому (статичному) режимі називається вольт-амперної характеристикою дуги.

Зовнішні характеристики зварювальних генераторів, показані на рис. 1 (криві 1 і 2), є падаючими. Довжина дуги пов'язана з її напругою: чим довше зварювальний дуга, тим вище напруга. При однаковому падінні напруги (зміні довжини дуги) зміна зварювального струму неоднаково при неоднакових зовнішніх характеристиках джерела. Чим крутіше характеристика, тим менше впливає довжина зварювальної дуги на зварювальний струм. При зміні напруги на величину δ при крутопадающей характеристиці зміна струму одно а1, при пологопадающих - А2.

Мал. 1. Зовнішня характеристика джерел живлення. 1 - крутопадаючих зовнішня характеристика; 2 - пологопадающих; 3 - жорстка; 4 - пологовозрастающая

Мал. 2. Зовнішня характеристика джерел живлення і зварювальної дуги. а - суцільна лінія - генератора, штрихованої - дуги в момент порушення; штрихпунктирна - дуги при горінні; б - характеристика джерел живлення зварювальної дуги.

Для забезпечення стабільного горіння дуги необхідно, щоб характеристика зварювальної дуги перетиналася з характеристикою джерела живлення (рис. 2).

У момент запалювання дуги (рис. 2, а) напруга падає по кривій від точки 1 до точки 2 - до перетину з характеристикою генератора, т. Е. До положення, коли електрод відводиться від поверхні основного металу. При подовженні дуги до 3 - 5 мм напруга зростає по кривій 2-3 (в точці 3 здійснюється стійке горіння дуги). Зазвичай струм короткого замикання перевищує робочий струм, але не більше ніж в 1,5 рази. Час відновлення напруги після короткого замикання до напруги дуги не повинна перевищувати 0,05 с, цією величиною оцінюються динамічні властивості джерела.

На рис. 2,6 показані падаючі характеристики 1 і 2 джерела живлення при жорсткій характеристиці дуги 3, найбільш прийнятною при ручного дугового зварювання.

Підвищення напруги холостого ходу джерела змінного струму призводить до зниження косинуса «фе». Інакше кажучи, збільшення напруги холостого ходу знижує коефіцієнт корисної дії джерела живлення.

Джерело живлення для ручного дугового зварювання електродом, що плавиться і автоматичного зварювання під флюсом повинен мати падаючу зовнішню характеристику. Жорстка характеристика джерел живлення (рис. 1, крива 3) необхідна при виконанні зварювання в захисних газах (аргоні, вуглекислому газі, гелії) і деякими видами порошкових дротів, наприклад СП-2. Для зварювання в захисних газах застосовуються також джерела живлення з пологовозрастающімі зовнішніми характеристиками (рис. 1, крива 4).

Відносна тривалість роботи (ПР) і відносна тривалість включення (ПВ) в переривчастому режимі зварювальної дуги

Відносна тривалість роботи (ПР) і відносна тривалість включення (ПВ) в переривчастому режимі характеризують повторно-короткочасний режим роботи джерела живлення.

Величина ПР визначається як відношення тривалості робочого періоду джерела живлення до тривалості повного циклу роботи і виражається у відсотках

де tp - безперервна робота під навантаженням; t ц - тривалість повного циклу. Умовно прийнято, що в середньому tp = 3 хв, а t ц = 5 хв, отже, оптимальна величина ПР% прийнята 60%.

Різниця між ПР% і ПВ% складається в тому, що в першому випадку джерело живлення під час паузи не відключається від мережі і при розімкнутої зварювального кола працює на холостому ходу, а в другому випадку джерело живлення повністю відключається від мережі.

Зварювальні ТРАНСФОРМАТОРИ

Зварювальні трансформатори по фазності електричного струму підрозділяються на однофазні та трифазні, а за кількістю постів - на однопостові і багатопостові. Однопостовий трансформатор служить для харчування зварювальним струмом одного робочого місця і має відповідну зовнішню характеристику.

Многопостовой трансформатор служить для одночасного живлення декількох зварювальних дуг (зварювальних постів) і має жорстку характеристику. Для створення стійкого горіння зварювальної дуги і забезпечення падаючої зовнішньої характеристики в зварювальний ланцюг дуги включає дросель. Для дугового зварювання зварювальні трансформатори підрозділяються за конструктивними особливостями на дві основні групи:

трансформатори з нормальним магнітним розсіюванням, конструктивно виконані у вигляді двох роздільних апаратів (трансформатор і дросель) або в єдиному загальному корпусі;

трансформатори з розвиненим магнітним розсіюванням, конструктивно розрізняються за способом регулювання (з рухомими котушками, з магнітними шунтами, із ступінчастим регулюванням).

ОБСЛУГОВУВАННЯ ЗВАРЮВАЛЬНИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ

При експлуатації зварювальних трансформаторів слід стежити за надійністю контактів, не допускати перегріву обмоток, сердечника і його деталей. Необхідно раз на місяць змащувати регулювальний механізм і не допускати забруднень робочих частин трансформаторів.

Необхідно стежити за надійністю заземлення та оберігати трансформатор від механічних пошкоджень.

При роботі трансформатора не можна допускати перевищення величини зварювального струму проти зазначеної в паспорті. Забороняється перетягування трансформатора або регулятора за допомогою зварювальних проводів.

Раз на місяць трансформатор необхідно обдути (очистити) струменем сухого стисненого повітря і перевірити стан ізоляції.

Попадання вологи на обмотки трансформатора різко знижує електричний опір, в результаті чого виникає небезпека пробою ізоляції. Якщо зварювальні трансформатори встановлені на відкритому повітрі, їх необхідно вкривати від атмосферних опадів. У таких випадках слід робити навіси або спеціальні пересувні будки.

Трансформатори з окремим дроселем. Жорстка зовнішня характеристика такого трансформатора виходить за рахунок незначного магнітного розсіювання і малого індуктивного опору обмоток трансформатора. Падаючі зовнішні характеристики створюються дроселем, що має велике індуктивне опір.

Технічні дані трансформаторів СТЕ-24У і СТЕ-34У з дроселями наведені в таблиці.

Схема конструкції трансформатора типу СТН системи академіка В. П. Нікітіна і його зовнішні статичні характеристики показані на рис. 1. Магнітне розсіювання і індуктивне опір обмоток (1 і 2) трансформатора невеликі, зовнішня характеристика жорстка. Падаюча характеристика створюється за рахунок реактивної обмотки 3, створюю-щей індуктивний опір. Верхня частина муздрамтеатру є одночасно і частиною сердечника дроселя.

Величина зварювального струму регулюється переміщенням рухомого пакета 4 (гвинтовим механізмом за допомогою рукоятки 5). Напруга холостого ходу у цих трансформа-торів 60 -70 В, а номінальна робоча напруга Uном = 30 В. Не дивлячись на об'єднаний муздрамтеатр, трансформатор і дросель працюють незалежно один від одного. В електротехнічному щодо трансформатори типу СТН не відрізняються від трансформаторів з окремими дросселями типу СТЕ.

Для автоматичного і напівавтоматичного зварювання застосовують трансформатори типу ТСД. Загальний вигляд конструкції трансформатора ТСД-1000-3 і його електрична схема показані на рис. 2 і 3.

Трансформатори типу ТСД мають підвищену напругу холостого ходу (78-85 В), необхідне для стабільного збудження і горіння зварювальної дуги при автоматичному зварюванні під флюсом. Падаюча зовнішня характеристика трансформатора створюється реактивної обмоткою.

Трансформатор типу ТСД має спеціальний електропривод для дистанційного регулювання зварювального струму »Для включення приводного синхронного трифазного електродвигуна ДП із знижуючим черв'ячним редуктором служать два магнітних пускача ПМБ і ПММ, керовані кнопками. Переміщення рухомої частини пакета муздрамтеатру обмежується кінцевими вимикачами ВКБ і відеомагнітофон.

Мал. 1. Конструктивна схема трансформатора типу СТН (а) і його зовнішні характеристики (б): 1 - первинна обмотка, 2 - вторинна обмотка, 3 - обмотка дроселя, 4 - рухливий пакет муздрамтеатру, 5 - рукоятка, 6 - магнітопровід.

Мал. 2. Схема пристрою трансформатора ТСД-1000-3. 1 - вентилятор, 2 - трансформаторні обмотки, 3 - магнітопровід, 4 - реактивна обмотка, 5 - подвіжниий пакет магніторповода, 6 - механізм переміщення рухомого пакета, 7 - станина, 8 - затискні панелі, 9 - ходова частина.

Мал. 3. Електрична схема трансформатора ТСД-1000-3. Тр - понижуючий трансформатор, КУБ, КУМ - кнопки дистанційного керування зварювальним струмом - «Більше», «Менше», ПМБ, ПММ - магнітні пускачі, ДП - двигун дроти механізму переміщення пакета муздрамтеатру, ВКБ, ВКМ - кінцеві вимикачі, ДВ - двигун вентилятора , ТРС - трансформатор зварювальний

Трансформатори типу ТС і ТСК є пересувні знижувальні трансформатори стрижневого типу з підвищеною індуктивністю розсіювання. Вони призначені для ручного дугового зварювання і наплавлення, можуть застосовуватися для зварювання під флюсом тонкими дротами. У трансформаторах типу ТСК паралельно первинній обмотці підключений конденсатор для підвищення коефіцієнта потужності.

Трансформатори типу ТС, ТСК не мають рухомих осердь, схильних до вібрації, тому вони працюють майже безшумно. Регулювання зварювального струму здійснюється зміною відстані між рухомою I і нерухомою II котушками (рис. 1, в). При видаленні рухливої ​​котушки від нерухомої збільшуються магнітні потоки розсіювання і індуктивне опір обмоток. Кожному положенню рухомої котушки відповідає своя зовнішня характеристика. Чим далі знаходяться один від одного котушки, тим більше число магнітних силових лінії буде замикатися через повітряні простори, не захоплюючи другий обмотки, і тим крутіше буде зовнішня характеристика. Напруга холостого ходу в трансформаторах цього типу при зрушених котушках на 1,5-2 В більше номінального значення (60 - 65 В)

Конструкція трансформатора ТС-500 і зовнішні вольт-амперні характеристики показані на малюнках. Технічні дані трансформаторів ТС і ТСК наведені в табл. 1.

Для автоматичного зварювання знайшли застосування зварювальні трансформатори типу ТДФ-1001 і ТДФ-1601, призначені для харчування дуги при зварюванні під флюсом однофазним змінним струмом частотою 50 Гц. Трансформатори розраховані для роботи в закритих приміщеннях, з підвищеною індуктивністю розсіювання. Вони забезпечують створення необхідних крутопадающих зовнішніх характеристик і плавне регулювання зварювального струму в необхідних межах, а також його часткову стабілізацію при коливаннях напруги в мережі в межах від 5 до 10% від номінального значення. Технічні дані трансформатора типу ТДФ наведені в табл. 2.

Технічні характеристики трансформаторів СТШ-250 і ТСП-2

Імпульсні збудники дуги

Це такі пристрої, які служать для подачі синхронізованих імпульсів підвищеної напруги на зварювальну дугу змінного струму в момент зміни полярності. Завдяки цьому значно полегшується повторне запалювання дуги, що дозволяє знизити напругу холостого ходу трансформатора до 40-50 В.

Імпульсні збудники застосовують тільки для дугового зварювання в середовищі захисних газів плавиться. Збудники з високою боку підключаються паралельно до мережі живлення трансформатора (380 В), а на виході - паралельно дузі.

Потужні збудники послідовного включення застосовують для зварювання під флюсом.

Імпульсні збудники дуги більш стійкі в роботі, ніж осцилятори, вони не створюють радіоперешкод, але через недостатнє напруги (200-300 В) не забезпечують запалювання дуги без дотику електрода з виробом. Можливі також випадки комбінованого застосування осцилятора для початкового запалювання дуги і імпульсного збудника для підтримки її подальшого стабільного горіння.

Стабілізатор зварювальної дуги

Для підвищення продуктивності ручного дугового зварювання та економічного використання електроенергії створений стабілізатор зварювальної дуги СД-2. Стабілізатор підтримує стійке горіння зварювальної дуги при зварюванні змінним струмом, що плавиться шляхом подачі на дугу на початку кожного періоду імпульсу напруги.

Стабілізатор розширює технологічні можливості зварювального трансформатора і дозволяє виконувати зварювання на змінному струмі електродами УОНИ, ручне дугове зварювання неплавким електродом виробів з легованих сталей і алюмінієвих сплавів.

Схема зовнішніх електричних з'єднань стабілізатора показана на рис. 3, а, осцилограма стабілізуючого імпульсу - на рис. 3, б.

Сварка c застосуванням стабілізатора дозволяє економніше використовувати електроенергію, розширити технологічні можливості застосування зварювального трансформатора, зменшити експлуатаційні витрати, ліквідувати магнітне дуття.

Зварювальне пристрій «Розряд-250». Цей пристрій призначений на базі зварювального трансформатора ТСМ-250 і стабілізатора зварювальної дуги, що видає імпульси частотою 100 Гц.

Функціональна схема зварювального пристрою і осцилограма напруги холостого ходу на виході пристрою показані на рис. 4, а, б.

Мал. 3. Схема зовнішніх електричних з'єднань стабілізатора і осцилограма стабілізуючого імпульсу. а - схема: 1 - стабілізатор, 2 - трансформатор варильний, 3 - електрод, 4 - виріб; б - осцілограмма: 1 - стабілізуючий імпульс, 2 - напруга на вторинній обмотці трансформатора

Мал. 4. Зварювальне пристрій «Розряд-250»: а - схема пристрою; б - осцилограма напруги холостого ходу на виході пристрою

Пристрій «Розряд-250» призначений для ручного дугового зварювання змінним струмом плавкими електродами будь-якого типу, в тому числі призначеними для зварювання на постійному струмі. Пристрій може використовуватися при зварюванні плавляться, наприклад, при зварюванні алюмінію.

Сталий горіння дуги забезпечується подачею на дугу на початку кожної половини періоду змінної напруги зварювального трансформатора імпульсу напруги прямої полярності, т. Е. Збігається з полярністю зазначеного напруги.