Многие модели сварочных аппаратов используются на протяжении нескольких десятилетий, так как они не утрачивают своей актуальности для их сферы применения. Сюда же можно отнести сварочный трансформатор ТД 500. Это промышленная модель, которая служит для регулировки параметров напряжения при сваривании металла. Это очень распространенное и простое устройство, которое к тому же обладает относительно низкой стоимостью. Производительность аппарата достаточная для выполнения основных процедур по свариванию деталей, которые могут возникнуть в промышленной сфере. Номинальный ток для сварки здесь составляет 500 А, а регулировка происходит в пределах от 100 до 560 А. Напряжение номинальное составляют 60 В, что в итоге обеспечивает коэффициент полезного действия на 85%.Техника производится согласно ГОСТ 4918-78.

Трансформатор сварочный ТД-500 предназначен для ручной дуговой сварки при помощи электродов с обмоткой. Согласно своей конструкции, эта модель является однофазной, которая имеет увеличенное рассеяние магнитного поля, у которой воздушный зазор регулируется при помощи подвижных обмоток. В аппарате имеется регулятор тока, который осуществляет действие при помощи ходового винта. Он вращается в ручном режиме, передвигая обмотку путем ввинчивания в специальную гайку. Здесь также сделано увеличенное рассеивание магнитного поля, которое осуществляется за счет специального расположения трансформаторных обмоток. Одна из них закреплена неподвижно, а вторая передвигается вместе с винтом.

Преимущества

• Простота конструкции. С ее помощью повышается надежность использования техники, а также облегчается .
• Широкий диапазон регулировки параметров. Это очень хорошо подходит для эксплуатации производственных условиях, когда нужно выполнять широкий спектр процедур с различными режимами.
• Относительно низкое напряжение холостого хода, что способствует экономичности применения.
• Возможность осуществлять не только сваривание деталей, но и их резку, так как мощности аппарата позволяет выставить данный режим.
• Здесь отсутствует эффект магнитного дутья.
• Трансформатор имеет удобную и безопасную регулировку параметров при помощи ручек на корпусе.

Недостатки

• Техника является слишком массивной, так как данный принцип действия при такой мощности предполагает использование весьма масштабных деталей;
• Техника плохо работает на низких токах и не сильно годится для таких процессов как сварка тонкого металла, так как основной рабочий диапазон рассчитан на толстые заготовки;
• Данный аппарат не удобен для домашнего применения;
• Сварка производится переменным током, что несколько ухудшает качество шва, в сравнение с постоянным.

Схема сварочного трансформатора ТД-500

Особенности эксплуатации и подключения

Сварочный трансформатор ТД-500 У2 является стандартным серийном изделием. Он отличается большой мощностью, поэтому, для его подключения требуется использовать кабеля достаточно большого сечения, иначе они могут не выдержать больших токов, разогреться и расплавиться. Подключение должно проводиться специалистом и особое внимание следует уделить местам соединения проводов, так как именно в них зачастую и проходит поломка. Если нет плотного прилегания концов кабеля к клеммам, то получается более низкая площадь соприкосновения и за счет этого данные места попросту перегреваются, что может привести к короткому замыканию.

«Важно!Чтобы не допустить этого, следует плотно прикрутить места соединения и периодически следить за ними.»

Место, где находится трансформатор, должно иметь относительно низкую влажность, так как иначе может возникнуть короткое замыкание. Важным моментом является вентиляция, так как у многих трансформаторов появляется проблема с перегреванием. Помимо принудительной вентиляции, которая может быть установлена отдельно, можно еще подобрать правильное место с естественной вентиляцией, или же просто прохладную зону. Не нужно превышать заданные параметры трансформатора и лучше действовать только в допустимых пределах. Не стоит забывать о времени беспрерывной работы, которое допустимо для данной техники, в данном случае оно равняется 60%. Если возникают какие-либо поломки или проблемы во время эксплуатации, то следует сразу же отключить все от сети.

Технические характеристики трансформатора сварочного ТД 500

Меры и техника безопасности

Перед каждым запуском техники нужно убедиться в целостности ее корпуса. Если дуга перестала зажигаться, то нужно отключить трансформатор от сети и проверить целостность конденсаторов, а не пытаться продолжать ее зажечь. Нужно проводить эксплуатацию согласно всем правилам, указанным в инструкции. Все работы по ремонту и обслуживанию трансформатора необходимо проводить только в отключенном от сети состоянии. После отключения иногда нужно дать остыть технике.

Производители

• Винтор;
• Машиностроительный завод «Сэлма».

Апрель 1, 2017

Изучаем устройство сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор для выполнения дуговой ручной сварки, а также некоторых типов промышленной сварки считается незаменимым инструментом. Такие аппараты преобразовывают необходимое для них напряжение из общегородской электросети.

Такое оборудование способно понижать напряжение под напряжение холостого хода сварочного трансформатора, обеспечивая тем самым его бесперебойную эксплуатацию.

Сегодня существуют разные виды сварочных трансформаторов, которые отличаются конструктивно, принципом работы. Самым востребованным на рынке среди них, который можно сделать самостоятельно считается трансформатор сварочный для дуговой и контактной сварки.

Трансформатор дуговой сварки

Широкое распространение среди домашних умельцев имеют трансформаторы для дуговой сварки. Этому есть несколько причин:

• надежная и довольно простая конструкция инструмента;
• мобильность;
• довольно обширный рабочий диапазон;
• простота управления;
• хорошая производительность.

Конечно же, кроме многочисленных достоинст, в дуговая ручная сварка постоянного тока обладает и рядом недочетов:

• низкий показатель КПД;
• качество сварного шва полностью зависит от уровня профессионализма самого сварщика.

Сварочный трансформатор для ручной сварки обычно используется в процессе проведения разноплановых строительных или ремонтных работ, производства конструкций из металла, соединения отдельных металлических образцов, а также соединения трубопроводных коммуникаций. При помощи дуговой ручной сварки можно осуществлять и резку металла, и его сварку, при этом разной толщины.

Подобного типа инструменты имеют довольно простую конструкцию. Сварочный агрегат включает:

• непосредственно сам трансформатор;
• электродный держатель;
• регулятор тока;
• зажим для массы.

Нужно выделить основной элемент сварочного аппарата – трансформатор, который может иметь разную конструкцию. Самыми популярными на сегодняшний день являются самодельные инструменты, оснащенные магнитопроводом П-образной, тороидальной конфигурации.

Вокруг магнитопровода размещаются две обмотки проволоки из алюминия или меди. Толщина проволоки на обмотках зависит от рабочих характеристик агрегата, и количества выполненных витков.

Трансформатор точечной сварки

Подобный тип сварки также называется контактной сваркой. Трансформатор ТС имеет характерные отличия от инструмента, предназначенного под дуговую сварку. Ключевое из них – это технология сваривания металлических образцов. К примеру, плавление дуговой сваркой осуществляется электрической дугой, которая формируется между электродом и свариваемым изделием, то в случае с контактной сваркой производится точечный нагрев свариваемого участка электричеством (для чего используются два заточенных электрода из меди), соединение деталей происходит под воздействием высокого давления (таким образом, металл свариваемых образцов плавится в точке соединения, после чего сливается в одно целое).

Точечная сварка широко используется в автомобилестроении, строительной сфере, для соединения тонких алюминиевых листов, медных образцов, нержавеющей стали, для сварки скруток, создания из арматура каркаса ЖБ конструкций, прочих металлов, для соединения которых необходимо создавать специальные условия.

Конструкция

Каждый домашний мастер старается обеспечить себя самым разнообразным инструментом, в особенности сварочным агрегатом, который является просто незаменимым помощником в хозяйственной деятельности. При этом не исключается возможность собрать такой аппарат самостоятельно. Устройство сварочного трансформатора, сделанного в домашних условиях, может быть самым разнообразным. Такой прибор может использоваться для дуговой, точечной сварки разнотипных металлических изделий.

Автолюбители из сварочного трансформатора ТД 500 могут соорудить споттер, который позволит осуществлять в любое время ремонт автомобильного кузова.

У всех сварочных устройств, изготовленных на основе стандартного трансформатора принцип работы идентичный, они отличаются только конструктивными характеристиками. Сварочный полуавтомат имеет настолько простую конструкцию, что его можно сделать даже из обыкновенной микроволновки. Такой инструмент способен функционировать при использовании переменного, постоянного токов, качественные характеристики шва при этом не пострадают.

Схема сварочного полуавтомата включает несколько обязательных деталей, которые точно есть на хозяйстве любого бытового мастера.

Схема трансформатора

Делая самостоятельно трансформатор (споттер), необходимо обязательно сделать расчет. Какие детали включает схема сварочного трансформатора? Любой подобного типа инструмент включает в конструкцию проволоку из меди, намотанную на сердечнике. Число медных проводов для основного аппарата не имеет значения, его можно сделать даже из микроволновой печки.

Общая схема сварочного трансформатора должна включать диодный мост. При предназначении агрегата для точечной сварки схема немного сложнее. Здесь, кроме проволоки из меди, диодного моста обязательно наличие конденсаторов, тиристоров, диодов. Эти дополнительные элементы позволят максимально точно осуществлять регулировку тока, плюс качество шва будет намного лучше.

Трансформатор для сварки точечного варианта имеет сложную схему и конструкцию. Какой больше подойдет сварочный инструмент в домашних условиях, конечно же, каждый решает самостоятельно. Главное - точно знать его функциональные обязанности.

В любом варианте трансформатора постоянного тока обязательно предусмотрен сердечник, проволочная обмотка. Эти компоненты несут ответственность за технические характеристики инструмента.

Чтобы верно выполнить требуемые расчеты, нужно первое что сделать – это определиться с показателями: напряжения обмоток, сварного тока.

Расчет трансформатора

Как выполняется расчет сварочного трансформатора?

Как говорилось ранее, сварочные трансформаторы переменного тока включают две обмотки, сердечник, которые несут ответственность за ключевые технические характеристики инструмента. Заранее предполагая напряжение обмоток, силу тока, прочие дополнительные параметры, производятся расчеты сердечника, обмоток, сечения медной проволоки.

При произведении расчетов основанием являются такие параметры:

• U1 – напряжение первичной обмотки, в качестве которого выступает сетевое напряжение, от какого сварка и будет работать (220В/380В).
• U2 – напряжение вторичной обмотки (не более 80В). Напряжение электричества, создаваемое после понижения. Оно необходимо для возбуждения сварочной дуги;
• I – сила тока вторичной обмотки (рассчитывается в зависимости от предполагаемых для выполнения работ электродов, толщины свариваемого металла).
• Sс – площадь сечения сердечника (берется в пределах 45-55 см²). Этот параметр влияет на качество и надежность работы инструмента.
• So – площадь окна сердечника (берется в пределах 80-110 см²). Параметр берется из расчета отвода избыточного тепла, качественного магнитного рассеяния, удобства намотки медной проволоки.
• Рт – плотность тока обмотки (2,5-3A/мм2 – для самодельных трансформаторов). довольно значимый параметр, который отвечает за электрические потери на обмотках инструмента.

Сварочный инструмент своими руками

Чем отличается самодельный сварочный трансформатор?

Первичную обмотку самодельных сварочных инструментов обычно изготавливают из медной проволоки, специально для этого предназначенной. К вторичной обмотке требования минимальные, поэтому чаще используется кабель многожильный (берется сечение в пределах 2,5-3,5 см).

На самодельном бытовом агрегате для сварки обмотка выводится стандартно – на медные клеммы, варианты заводского производства, конечно же, имеют более надежные переключатели. Детальная схема сварки постоянного тока, предназначенного для ручной сварки, зависит от разновидности сердечника (тороидальный, стержневой), наличия у домашнего мастера подручных деталей.

Трансформаторы для инвертора отличаются сложностью сборки. В данном случае используется несколько преобразователей для преобразования тока сначала в переменный ток, далее в постоянный ток, но установленного напряжения. Также устройство инструмента усложнено наличием электроники, которая предоставляет возможность намного точнее контролировать сварочный процесс.

Масса трансформатора для сварки переменного тока будет зависеть от марки. Минимальная масса такого инструмента может составлять 3 кг, но на рынке электротехники чаще всего можно встретить аппараты массой не менее 10 кг.

(Что нужно знать сварщику о сварочном оборудовании)

Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220В или 380В) 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 60-75В. При сварке на малых токах (60-100А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70-80В.

Сварочные трансформаторы по фазности электрического тока подразделяются на однофазные и трехфазные, а по количеству постов - на однопостовые и многопостовые.

Однопостовой трансформатор служит для питания сварочным током одного рабочего места и имеет соответствующую внешнюю характеристику. Многопостовой трансформатор служит для одновременного питания нескольких сварочных дуг (сварочных постов) и имеет жесткую характеристику. Для создания устойчивого горения сварочной дуги и обеспечения падающей внешней характеристики в сварочную цепь дуги включают дроссель. Для дуговой сварки сварочные трансформаторы подразделяются по конструктивным особенностям на две основные группы:

• трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, конструктивно выполненные в виде двух раздельных аппаратов (трансформатор и дроссель) или в едином общем корпусе;
• трансформаторы с развитым магнитным рассеянием, конструктивно различающиеся по способу регулирования (с подвижными катушками, с магнитными шунтами, со ступенчатым регулированием).

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и с отдельным дросселем

Жесткая внешняя характеристика такого трансформатора получается за счет незначительного магнитного рассеяния и малого индуктивного сопротивления обмоток трансформатора. Падающие внешние характеристики создаются дросселем, имеющим большое индуктивное сопротивление. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора активной катушки).

Понижающий трансформатор, основой которого является магнитопровод (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе имеются первичная и вторичная (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Дроссель состоит из магнитопровода, набранного из листов трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода, рассчитанного на прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе имеется подвижная часть, которую можно перемещать с помощью винта, вращаемого рукояткой.

Первичная обмотка трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220В или 380В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке, создает действующее вокруг магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой трансформатора.

Величину сварочного тока регулируют путем изменения воздушного зазора между передвижной и неподвижной частями магнитопровода. При увеличении воздушного зазора магнитное сопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственно уменьшается, а, следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки и увеличивается сварочный ток. При полном отсутствии воздушного зазора дроссель можно рассматривать как катушку на железном сердечнике; в этом случае величина тока будет минимальной. Следовательно, для получения большей величины тока воздушный зазор можно 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 позволяет изменять величину сварочного тока при помощи передвигающегося контакта путем включения определенного количества витков обмотки. В этом случае регулирование сварочного тока будет ступенчатым. Магнитопровод дросселя в этом случае изготавливают неразъемным, вследствие чего конструкция его значительно упрощается. Современные сварочные трансформаторы типа ТД, ТС, ТСК, СТШ и другие выпускаются в однокорпусном исполнении.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием и реактивной обмоткой на общем сердечнике. Реактивная обмотка включена в сварочную цепь последовательно с таким расчетом, что ее поток направлен навстречу основному потоку трансформатора. Действие реактивной обмотки и регулирование сварочного тока аналогичны действию дросселя.

Трансформаторы с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД) получили широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении. Могут применяться для наплавки и сварки под флюсом тонкими проволоками. В трансформаторах типа ТСК параллельно первичной обмотке подключен конденсатор для повышения коэффициента мощности.

Таблица. 35. Технические характеристики сварочных трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием и реактивной обмоткой
Характеристика	Тип трансформатора
	СТЭ-34у	СТЭ-24у	СТН-700	СТН-500	СТН-350	ТСД-500	ТСД-1000-4	ТСД-2000-2
Напряжение холостого хода, В	60	60	60	60	70	80	71	79
Номинальный сварочный ток, А	500	350	700	500	350	500	1000	2000
Номинальная мощность, кВ.А	30	23	43,5	32	25	42	78	162
Пределы регулирования сварочного тока, А	150-700	100-500	200-900	150-700	80-450	200-600	400-1200	800-2200
Коэффициент мощности (cos с)	0,53	0,5	0,66	0,52	0,5	0,6	0,6	0,64
Габаритные размеры, мм:
длина	690	690	796	775	695	950	950	950
ширина	370	370	429	410	398	818	818	818
высота	660	660	840	1005	700	1215	1242	1382
Масса, кг	160	130	380	275	220	420	510	675

Таблица 36. Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием (с подвижными обмотками)
Характеристика	Тип трансформатора
	ТС-120	ТС-300	ТС-500	ТСК-300	ТСК-500	ТД-300	ОСТА-350
Напряжение холостого хода, В	68	63	60	63	60	61; 79	70
Номинальный сварочный ток, А	120	300	500	300	500	300	350
Номинальная мощность, кВ.А	9	20	32	20	32	20	20,5
Габаритные размеры, мм:
длина	650	760	840	760	840	692	870
ширина	340	520	576	520	576	620	480
высота	800	970	1060	970	1060	710	680
Масса, кг	90	180	250	215	280	137	200

Таблица 37. Основные неисправности сварочных трансформаторов, причины появления и способы устранения
Неисправности	Причины появления	Способ устранения
Чрезмерный нагрев сердечника и скрепляющих его шпилек	Нарушена изоляция листов сердечника и шпилек	Восстановить изоляцию
Корпус трансформатора под напряжением	Повреждение изоляции первичной обмотки и соединение последней с корпусом трансформатора	Отключить трансформатор от сети, снять кожух, отыскать место повреждения изоляции и соединения ее с корпусом и восстановить изоляцию
Трансформатор не обеспечивает верхний или нижний пределы регулирования тока	Подвижные вторичные катушки не доходят до упора (заедание в ходовом винте, попадание посторонних предметов между катушкой и стержнем)	Устранить заедание в ходовом винте и убрать посторонние предметы
Трансформатор потребляет из сети большой ток при отсутствии нагрузки	Замыкание витков обмотки между собой	Ликвидировать замыкание витков, при необходимости перемотать. Число витков и сечение обмоточного провода не должно измениться
Сильное гудение трансформатора	Ослабли болты, стягивающие сердечник, и винты, крепящие кожух; перекошен сердечник регулятора, неисправны крепления сердечника и механизма перемещения катушек	Подтянуть болты и винты, выправить сердечник регулятора, исправить крепления сердечника и механизма перемещения катушек
	Неправильное включение в сеть	Проверить включение первичной обмотки
Значительный нагрев трансформатора	Сварочный ток выше допустимого	Уменьшить сварочный ток, сварку вести электродом меньшего диаметра
Значительный нагрев трансформатора	Замыкание между витками обмотки	Устранить замыкание
	Слабо затянуты контактные болты	Подтянуть болты
Сильный нагрев зажимов трансформатора	Провод в месте контакта имеет недостаточное сечение	Заменить проводом нужного сечения

Рис. 69. : 1 - сетевые зажимы для проводов; 2 - сердечник; 3 - рукоятка для регулирования тока; 4 - зажимы для подсоединения проводов; 5 - ходовой винт; 6 - катушка вторичной обмотки; 7 - катушка первичной обмотки; 8 - компенсирующий конденсатор

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 (см. рис. 69), 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. 69 показана конструктивная схема трансформатора ТСК-500. При повороте рукоятки 3 трансформатора по часовой стрелке катушки обмотки 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. Принципиальная электрическая схема трансформатора ТД-500 аналогична.

ТД-500 представляет 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. 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 В 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.

Уход за трансформаторами сводится в основном к регулярной проверке сопротивления изоляции, контактов, наблюдению за нагревом обмоток сердечника и его деталей (после отключения трансформатора от сети). Необходимо часто смазывать регулировочный механизм, удалять грязь с рабочих частей трансформатора. При плохом уходе слой грязи может достигнуть большой толщины, что нарушит охлаждение и приведет к перегреву обмоток, а это вызовет замыкание токоведущих частей на корпус. Наиболее опасна грязь, содержащая металлическую пыль.

Плохие контакты, особенно в сварочной цепи, вызывают большие падения напряжения и недопустимые перегревы. Значительное число сварочных трансформаторов выходит из строя из-за небрежного подключения сварочного кабеля к зажимам и нерегулярного наблюдения за состоянием его контактов.

• 
  Переменный ток, в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени.
• 
  Наиболее часто применяется синусоидальный переменный ток.
• 
  Переменный ток для промышленных целей и для освещения вырабатывается мощными генераторами, приводимыми во вращение паровыми или водяными турбинами и двигателями внутреннего сгорания.

КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ»

УТВЕРЖДАЮ

ПЕРВЫЙ ПРОРЕКТОР

ПАТРУШЕВ А.А.

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

«»

Для студентов 2 курса

Факультет ТС в АПК

по специальности 03 05 00.01 Профессиональное обучение (агроинженерия)

Челябинск

СНЯТИЕ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТД-300

Цель работы: ознакомиться с требованиями к источникам питания для электродуговой сварки; изучить принцип работы сварочного трансформатора и метод регулирования сварочного тока. Ознакомиться с вольтамперной статической характеристикой дуги; снять внешние характеристики сварочного трансформатора, определить режим наибольшей устойчивости сварочной дуги и оптимальные параметры сварки.

Оснащение рабочего места

Плакаты со схемами сварочных трансформаторов.

Трансформатор-стенд.

Трансформатор ТД-300.

Жидкостный реостат.

Измерительные приборы: вольтметр, амперметр.

Штанга для короткого замыкания.

Резиновые коврики, перчатки.

Основные положения

Техническая характеристика сварного трансформатора ТД-300.

Т - трансформатор;

Д - дуговой;

«300» - максимальный из номинальных сварочный ток I св. m ах = 300А (из номинальных, т.е. рекомендованных величин тока при продолжительности сварки ПР=60%). Таким образом, рекомендуются номинальные (рабочие) сварочные токи

I св. ≤ 300А.

ПР – повторно-кратковременный режим (отношение продолжительности рабочего периода (собственно сварки) к продолжительности цикла сварки. Продолжительность цикла сварки равна сумме времени сварки рабочего периода и холостого хода, когда оборудование подключено к сети, но сварка не ведётся.

ТД-300 служит для питания одного сварочного поста при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов переменным током промышленной частоты (50 Гц).

Толщина свариваемых кромок - от 3 до 14 мм и более. Сварка производится электродами диаметром от 3 до 8 мм.

Максимальный рабочий сварочный ток 300 А.

Пределы регулирования сварочного тока:

при диапазоне малых токов 60-160 А;

при диапазоне больших токов 160-385 А.

Номинальное первичное напряжение 380 В.

Первичный ток 53,5 А.

Вторичное напряжение (холостого хода):

при диапазоне малых токов 78 В;

при диапазоне больших токов 60 В.

Условное номинальное рабочее напряжение под нагрузкой

(при длине дуги 5 мм) 32 В.

7. Потребляемая мощность 20,5 кВт.

Сварочные трансформаторы просты по устройству и в эксплуатации, имеют более высокий КПД, чем генераторы постоянного тока, способны работать непосредственно от силовой сети переменного тока, благодаря чему они нашли широкое применение.

Основные требования к сварочным трансформаторам:

1) наличие падающей внешней характеристики;

2) обеспечение постоянных по величине тока и напряжения.

Внешней характеристикой любой электрической машины называется зависимость напряжения от силы тока на ее зажимах. Различают жесткие, падающие и возрастающие внешние характеристики (рис. 1).

При работе на жестких характеристиках по мере увеличения нагрузки во внешней цепи напряжение не изменяется (осветительная, силовая цепь). Во время коротких замыканий в такой сети сила тока достигает больших величин, что ведет к перегоранию предохранителей или загоранию проводов.

Возрастающие характеристики применяются при автоматической сварке. При ручной дуговой сварке используются аппараты только с падающими характеристиками, так как именно они способны ограничить токи короткого замыкания, весьма часто возникающие в процессе сварки. Режим короткого замыкания имеет место в момент возбуждения дуги сварщиком путем касания электродом изделия, через каплю металла, накоротко замыкающую дуговой промежуток и т.д., то есть является равноправным с рабочим режимом.

Если бы у сварочных аппаратов не было падающих характеристик, то обмотки трансформаторов воспламенялись бы, в случае отказа предохранителей.

Сварочные трансформаторы являются понижающими и так же, как обычные, основаны на принципе магнитной индукции. Однако они отличаются от обычных трансформаторов тем, что для получения падающих характеристик в их вторичную, то есть сварочную цепь, включена катушка индуктивности - так называемый дроссель. Дроссель вырабатывает ЭДС самоиндукции, направленную противоположно наводимой ЭДС индукции со стороны первичной обмотки и взаимодействует с нею алгебраически. Чем больше ток в сварочной цепи, тем больше противо - ЭДС и тем меньше суммарное напряжение. При максимально возможном токе - токе короткого замыкания, суммарное напряжение равно нулю, а на оси «I» отсекается отрезок величины тока короткого замыкания I кз

При обрыве сварочной дуги противо - ЭДС становится равной нулю, и таким образом, в отсутствие тока в цепи напряжением снова станет равным ЭДС индукции, то есть напряжение холостого хода U x . x . (отрезок на оси «U» - рис. 1).

Рисунок 1 - Внешние характеристики: 1 – жесткая, 2 – возрастающая, 3 – падающая

Для регулирования потока самоиндукции магнитопровод в дросселях делают разъемным с регулируемым воздушным зазором. Изменяя величину воздушного зазора, можно получить бесчисленное множество внешних характеристик трансформатора и столько же величин сварочного тока (I св), т.е. можно регулировать (менять или задавать) величину I св.

Однако ТД-300 относится к группе трансформаторов с повышенным рассеянием магнитного потока, роль дросселя в которых выполняют подвижные катушки вторичной обмотки. При сближении первичной и вторичной обмоток достигается уменьшение индуктивности рассеяния, что приводит к уменьшению суммарного напряжения (противо-ЭДС рассеялось немного и ее вычитание из основной ЭДС дает малое суммарное напряжение) и увеличению сварочного тока. Увеличением же расстояния между обмотками достигается увеличение рассеяния и уменьшение сварочного или настроечного тока. Поэтому такие трансформаторы называют трансформаторами с повышенным магнитным рассеянием. Таким образом, эти трансформаторы способны выработать бесчисленное множество внешних характеристик (рис. 2) и столько же величин сварочных токов.

Рисунок 2 - Внешние характеристики сварочного трансформатора для ручной дуговой сварки (а – крутопадающая; б – пологопадающая)

Упрощенная схема трансформатора с повышенным рассеянием магнитного потока представлена на рис. 3.

Рисунок 3 - Упрощенная схема сварочного трансформатора с повышенным рассеянием магнитного потока

Сварочный трансформатор состоит из следующих основных узлов:

1 - магнитопровод; 2 - первичная обмотка; 3 - вторичная обмотка.

Сварочная цепь (5) включает в себя вторичную обмотку (3), электрододержатель (4) и сварочный столик (6).

Через верхнее ярмо трансформатора пропущен ходовой винт (7), опирающийся на подпятник (8). Ходовой винт ввинчивается в ходовую гайку (9), вмонтированную в траверсу подвижной вторичной обмотки. При вращении ходового винта, осуществляемого с помощью рукоятки (10), находящейся сверху трансформатора, перемещается вторичная обмотка, и, тем самым, изменяется расстояние между обмотками (регулируется величина сварочного тока).

На рис. 3 показано параллельное соединение парных катушек в первичной и вторичной обмотках. При такой схеме подключения получают диапазон больших настроечных токов (160-365 А).

Если катушки соединить между собой (попарно) последовательно, то получится диапазон малых настроечных токов (60…160 А), который с успехом можно использовать при сварке тонких листов и т. п.

Диапазоны тока (на последовательное или параллельное соединение катушек) обеспечиваются переключателем барабанного типа, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора и на рис. 3 не указана.

Проведение эксперимента

Источник питания и сварочная дуга представляют собой единую энергетическую систему. Это означает равенство токов и напряжения на дуге и зажимах трансформатора. Однако характер проводимости в этих участках единой цепи различен, поскольку дуга является проводником 2-го рода (с ионной проводимостью), а трансформатор - 1-го рода (с электронной проводимостью).

Важным различием их является то, что при повышении температуры проводника 2-го рода его проводимость увеличивается, а 1-го рода - снижается.

В электрических цепях наиболее сильное влияние на повышение температуры в в проводниках оказывает сила тока. Согласно закону Джоуля – Ленца, (калорий)

Q=0,24×I 2 ×R×t, (1)

где Q - количество тепла;

I- сила сварочного тока, А;

R - сопротивление, Ом;

t - время, с;

0,24 - тепловой эквивалент.

Квадратичная зависимость между током и тепловыделением показывает, что даже небольшие изменения силы сварочного тока могут вызвать резкие колебания скорости оплавления электрода, привести к неровностям наплавки и нарушению расчетного сечения сварного шва, т.е. к браку.

Сварочная дуга также имеет свою внешнюю характеристику, которую называют статической вольтамперной характеристикой. Статической она называется потому, что справедлива только для одной ее длины. Если изменить длину дуги, то получится новая вольтамперная характеристика. Таким образом, и дуга может иметь бесчисленное множество характеристик (рис. 4).

Напряжение на дуге:

Uд=a ка +b×lд, (2)

где a ка - сумма напряжений в катодной и анодной областях (a ка =10В);

b- падение напряжения в столбе дуги (b = 2 В/1 мм дуги);

lд - длина дуги, мм (lд = 2...5...8 мм)

На рис. 4 видно, что при ручной дуговой сварке, характеризующейся применением токов в диапазоне 80...1000 А, напряжение не зависит от силы тока. Однако оно сильно зависит от длины дуги (по вертикали, т. е. от ее сопротивления).

Рабочие режимы сварки при данной длине дуги и данном настроечном токе определяют путем наложения вольтамперной характеристики дуги на внешнюю характеристику источника питания и нахождения точек их пересечения (рис. 5, точки 1 и 2).

Предположим, что при одном и том же настроечном токе трансформатора, которому соответствует внешняя характеристика на рис. 5, длина дуги изменяется на 5 мм, что соответствует изменению напряжения дуги на 10 В. Поскольку сварка на режимах точек 1 и 1 ¢ никогда не ведется из-за слишком малых токов и неустойчивого состояния дуг, необходимо определить какое изменение тока в сварочной цепи получится при уменьшении длины дуги на 5 мм при переходе от режима точки 2 (I 2 ; U 2) к режиму точки 2 ¢ (I 2 ¢ ; U 2 ¢). Разность DI и составит искомую величину разбаланса тока в сварочной цепи.

Рисунок 4 - Статическая вольтамперная характеристика сварочной дуги. (l – длина дуги; l 1 > l 2 > l 3)

Сварочный трансформатор представляет собой специальное устройство, которое преобразует ток, поступающий из обычной электрической сети в ток, с помощью которого можно осуществлять процесс сварки . Достигается это путем небольшого электросети, а сам ток при этом возрастает до мощности в 1000 А и больше. Для большего понимания принципа работы данного устройства, а также каким должно быть его обслуживание и назначение, необходимо детально разобраться в специфике конструкции сварочного трансформатора.

Если рассматривать сварочный трансформатор в целом, то можно довольно быстро понять, что они все довольно похожи друг на друга . Соответственно, и принцип работы и устройство сварочного трансформатора будет идентичным.

В конструкции большинства устройств находится стальной сердечник, состоящий из нескольких пластин одинаковых размеров.

Полезное видео на данную тему

Что касается обмоток, то они должны быть изолированы друг от друга в обязательном порядке. Как только трансформатор подключается к сети, то электричество начинает поступать на первичную обмотку. В результате этого начинает возникать магнитное поле, которое поступает на вторичную обмотку, отличающаяся от первичной по нескольким параметрам. Это различие отображается в разном количестве витков, в соответствии с определенными параметрами устройства. Получается, что возникающее на вторичной обмотке магнитное поле , отличной от той, что была на первичной обмотке. Не последнюю роль здесь играет и само расстояние от двух обмоток, т.е. чем больше оно, тем ниже показатели напряжения, а ток, напротив, возрастает. Обмотка вторичного типа имеет два выхода, один из которых соединяется с электрододержателем, а второй — с зажимом. Соответственно, к электрододержателю присоединяется присадочный материал, а к зажиму — заготовка для создания электроцепи.

Вообще, принцип работы и само устройство данного трансформатора основаны на некотором корректировании изначально заданных параметров преобразования тока. В зависимости от модели, в конструкции может находиться различные датчики автоматического отключения, следящие за показателями температуры, напряжения и т.д. Как только показатели доходят до критической отметки, данная система попросту отключает трансформатор в автоматическом режиме.

Еще один наглядный видеоматериал

Классификация

Абсолютно все сварочные трансформаторы можно классифицировать по нескольким параметрам :

• Фазность, т.е. устройство однофазного или трехфазного вида (220 В и 380 В, соответственно).
• По некоторым конструктивным особенностям. В различных моделях существует разный способ переключения обмоток, у одних в данной роли выступает дроссель насыщения, а у других — магнитное рассеяние.
• По общему числу обслуживаемых мест.

Кроме того, сварочные трансформаторы будут отличаться разными показателями мощности, напряжением на первичной и вторичной обмотке, а также показателем мощности тока. Подобное разнообразие позволяет покупателю выбрать тот вариант, который подходит для каждой конкретной цели.

Что касается конструктивных особенностей, то отдельного упоминания заслуживают тиристорные устройства, в конструкции которых используется фазорегулятор тиристорного типа и силовой блок.

Подобные агрегаты обладают меньшими габаритными размерами, в сравнении с прочими аналогами.

Основные параметры и устройство

Для большего понимания конструкции, рассмотрим устройство трансформатора сварочного действия на примере модели ТДМ:

На рисунке мы видим несколько основных рабочих узлов:

Цифра 1 — это первичная обмотка, состоящая из изолированного провода. Сюда поступает электричество, сразу после подключения агрегата в сеть.

Цифра 2 — это вторичная обмотка, на которой, как правило, нет изоляции. Здесь присутствуют специальные каналы, которые охлаждают данный рабочий узел.

Цифра 3 — это сердечник трансформатора, т.е. подвижная часть магнитопровода.

Цифра 4 — подвесная система агрегата.

Цифра 5 — это специальная система, которая регулирует расстояние между обмотками устройства.

Цифра 6 — это подвижной регулировочный винт, отвечающий за изменение расстояния между обмотками.

Цифра 7 — ручка управления регулировочного винта.

Выбор в качестве примера модели ТДМ не случаен, ведь они довольно распространены на российском рынке.

Изготовлены они из специального листового материала, толщина которого составляет всего 0,35 мм. Среди линейки моделей ТДМ присутствуют агрегаты, которые работают с различными мощностями тока — 315, 400 и 500 А, соответственно.

Для абсолютно любого вида сварочного трансформатора устанавливают определенные параметры :

• показатель мощности — кВ.A;
• период включения — в процентном соотношении;
• сварочный ток — А;
• показатель напряжения при холостом ходе — В.

Соответственно, любая модель с магнитным рассеиванием будет обладать продолжительностью работы примерно 65%, при показателях тока от 500 до 2000 Ампер. Показатель мощности сварочного трансформатора находится в диапазоне от 30 до 162 кВ.A. В подобных устройствах прослеживается определенная зависимость величины, где рассчет сварочного тока зависит от продолжительности самой сварки. Т.е. чем меньше будет эта продолжительность, тем больше будет показатель тока.

Помимо этого, существуют и другие обозначения сварочных преобразователей. Серия ТД относится к однофазному типу трансформаторов. В конструкции данных моделей присутствует подвижная обмотка, а также специальный регулятор, корректирующий показатели тока. Когда движется ходовой винт, при помощи ручки осуществляется перемещение этой самой обмотки.

Модели ТД-300 и ТД-500 имеют в своей конструкции вторичные движущиеся катушки. Модель ТД-502 ко всему прочему оснащена еще и конденсатором мощности.

Устройство магнитопровода

Отмечают несколько видов сердечника : броневые, стержневые, витые и кольцевые. Наибольшее распространение получили именно броневые сердечники, которые и применяются на практике. Сердечники витового типа обладают шириной 8 см, а изготавливаются они из специальной стали, толщина листа которой составляет всего 0,5 мм.

Первичная обмотка состоит из алюминиевой проволоки, толщина которой составляет порядка 0,15 см. Сами витки изолированы с помощью картона, толщина которого составляет 0,5 мм, а также слюдинита.

В качестве изоляции проводов может использоваться светлоткань или лак. При этом, само расположение витков тоже играет большое значение, ведь они очень сильно нагреваются в процессе эксплуатации. И если несколько витков выходит из строя, то и вся катушка оказывается в нерабочем состоянии.

Вторичная обмотка состоит только из одного витка. Кроме того, в ее конструкции находится трубка, в которой находится жидкость, охлаждающая саму вторичную обмотку. Витки вторичной обмотки выполнены из обычной меди, толщина проводов, при этом, составляет порядка 1,4 см.

Устройство пускового механизма

Само устройство данного механизма состоит из магнитопровода, пары обмоток и трансформатора.

Очень большую роль в конструкции играют также клеммы, через которые поступает постоянный ток, и зарядное.

В пусковом механизме также находится специальный переключатель, ответственный за корректировку напряжения и числу одновременно подключенных обмоток к выпрямителю. При этом, пусковой механизм работает от стандартного напряжения в 220 В.

Заключение

Исходя из описания устройства сварочных трансформаторов, можно сделать вывод, что данные агрегаты довольно просты не только в своей конструкции, но и в процессе своей дальнейшей эксплуатации .

Некоторая однообразность моделей при этом не мешает выполнять основные функции, которые заложены сами производителем.

Тем не менее, существует достаточно много разновидностей моделей, отличающихся по многим показателям, поэтому каждый покупатель сможет подобрать для себя именно то устройство, которое необходимо для выполнения интересующих его задач.