Конструктивные особенности сварочных трансформаторов

Дата: 2015-04-13 18:55
 

Основным элементом классического сварочного источника переменного тока является специализированный сварочный трансформатор (далее — СТ). По характеру устройства магнитного сердечника различают трансформаторы броневого (рис. 36, а) и стержневого типов (рис. 36, б—в). Трансформаторы стержневого типа имеют более высокий КПД и допускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому СТ чаще всего бывают именно стержневого типа.

Магнитопроводы сварочных трансформаторов

Рис. 36. Магнитопроводы сварочных трансформаторов:
а — сердечник броневого типа (с обмоткой); б — сердечник стержневого типа; в — тороидальный сердечник (a, b — размеры сердечника (керна); c, d — размеры окна); г — пластины Г-образной формы; д — пластины П-образной формы; е — набор из полос трансформаторной стали

По характеру устройства обмоток различают трансформаторы с цилиндрическими, разнесенными и дисковыми обмотками.

В трансформаторах с цилиндрическими обмотками одна обмотка намотана поверх другой (рис. 37, а). Так как обмотки находятся на минимальном расстоянии друг от друга, то практически весь магнитный поток первичной обмотки сцепляется с витками вторичной обмотки. Только очень небольшая его часть, называемая потоком рассеяния, протекает в зазоре между обмотками и не связана со вторичной обмоткой.

Такой трансформатор имеет жесткую характеристику, и ток короткого замыкания на вторичной обмотке более чем в 10 раз превосходит рабочий ток трансформатора. В этом случае для получения крутопадающей внешней характеристики дополнительно приходится использовать дроссель переменного тока.

В ранних сварочных источниках такой дроссель присутствовал как независимый конструктивный элемент, дополнительно увеличивающий массу и габариты сварочного источника. Позже в качестве дросселя стали использовать индуктивность рассеяния самого СТ. Для получения требуемой величины индуктивности рассеяния обмотки трансформатора стали разносить на разные стержни или выполнять в виде дисков.

В трансформаторах с разнесенными обмотками (рис. 37, б) первичная и вторичная обмотки находятся на различных стержнях. Так как обмотки удалены друг от друга, то значительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана со вторичной обмоткой. Еще говорят, что эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние. Индуктивности рассеяния обмоток имеют значительную величину, и их реактивное сопротивление гораздо сильнее влияет на ток трансформатора, чем в случае трансформатора с цилиндрическими обмотками. Трансформатор с разнесенными обмотками имеет падающую внешнюю характеристику, где рабочий ток составляет около 80 % от тока короткого замыкания (КЗ).

В трансформаторах с дисковыми обмотками (рис. 37, в) первичная и вторичная обмотки тоже удалены друг от друга, но на меньшее расстояние, чем в предыдущем случае. Поэтому по величине индуктивности рассеяния трансформаторы с дисковыми обмотками занимают промежуточное положение. Они также имеют падающую внешнюю характеристику, но их рабочий ток составляет примерно 50 % от тока КЗ.

Для ступенчатой регулировки сварочного тока обмотки трансформатора можно делать с отводами и затем эти отводы переключать. Для плавной регулировки сварочного тока можно использовать регулируемый магнитный шунт, располагаемый в зазоре между обмотками, или, в случае трансформатора с дисковыми обмотками, изменять расстояния между обмотками, которые в этом случае выполняются подвижными.

В качестве магнитопровода самодельных СТ можно применить набор П- или Ш-образных пластин из трансформаторной стали, тороиды, намотанные из трансформаторной стальной ленты, статоры асинхронных двигателей и т. д. Оптимальными считаются характеристики двухстержневых магнитопроводов, собранных из пластин трансформаторной стали в форме прямоугольного «окна». Расположение половин первичной и вторичной обмоток на двух стержнях магнитопровода способствует крутопадающей характеристике сварочного тока. К тому же они наиболее технологичны в исполнении.

П-образный сердечник набирают из пластин электротехнической стали толщиной 0,27—0,55 мм, которые могут быть различной конфигурации (рис. 36, г—е). Пластины стягивают в пакет шпильками, которые должны быть изолированы от сердечника. При подборе сердечника необходимо учитывать площадь поперечного сечения сердечника (керна) S = а x b (см2) и размеры окна, чтобы поместились обмотки сварочного аппарата.

Широкое распространение получили также любительские сварочные аппараты на сердечниках тороидального типа (рис. 36, в). Такие магнитопроводы обладают более высокими электротехническими характеристиками, чем у стержневого (примерно в 4—5 раз выше), и меньшими электропотерями. Однако трудозатраты на их изготовление выше. Это связано в первую очередь с размещением обмоток на торе и сложностью самой намотки. Сердечники изготовляют из ленточного трансформаторного железа, свернутого в рулон в форме тора. Примером может служить сердечник от мощного автотрансформатора ЛАТР.

Виды обмоток стержневых трансформаторов

Рис. 37. Виды обмоток стержневых трансформаторов:
а — цилиндрические; б — разнесенные; в — дисковые

Заслуживают внимания и любительские СА, изготовленные на базе статоров асинхронных трехфазных электродвигателей большой мощности (более 10 кВт). Выбор сердечника определяется площадью поперечного сечения статора S. Штампованные пластины статора не в полной мере соответствуют параметрам электротехнической трансформаторной стали, поэтому уменьшать сечение S менее 40—45 см нецелесообразно.