Содержание
Электромагнитная схема трансформатора
В отличии от силовых трансформаторов не сварочного назначения, у которых потери магнитных потоков стремятся уменьшить, большая часть сварочных трансформаторов специально разработана с увеличенным магнитным рассеянием. Это достигается размещением первичной и вторичной обмотки на значительном расстоянии друг от друга. Проще всего пояснить принцип увеличения магнитного рассеяния на примере трансформатора, у которого первичная и вторичная обмотки разнесены на разные стержни (рис.1). Обычно такой трансформатор имеет цилиндрические ( реже дисковые ) первичную 1 и вторичную 2 обмотки и стержневой магнитопровод 3.
Рис. 1. Конструктивная схема и распределение магнитных
потоков в трансформаторе с разнесёнными обмотками
Формирование падающей внешней характеристики в трансформаторе с увеличенным рассеянием
При размещении первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга в трансформаторе возникают большие потоки магнитного рассеяния, в результате чего с увеличением тока нагрузки снижаются поток, сцепляющиеся со вторичной обмоткой, и вторичное напряжение, что и объясняет наличие падающей внешней характеристики.
Регулирование режима в трансформаторе с увеличенным рассеянием
Изменение числа витков первичной и вторичной обмотки. От части витков сделаны отпайки,так что при пересоединении проводов, соединяющих трансформатор с сетью и нагрузкой, фактически меняется число витков, участвующих в работе. При изменении числа витков первичной обмотки W1 по соотношению меняется напряжение холостого хода U0 и пропорционально ему вторичный ток I2 .
При регулировании изменением числа витков первичной обмотки приходится завышать сечение магнитопровода, а при регулировании по вторичной стороне — сечение обмоточного провода. Поэтому витковое регулирование используется редко и только в дополнение к другим способам.
Перемещение магнитного шунта . На пути потоков рассеяния Ф1р и Ф2р устанавливается пакет трансформаторного железа, который выполняет роль магнитного шунта, т.е. участка магнитной цепи, параллельного основному магнитопроводу. Магнитный шунт может перемещатся.
Подмагничивание магнитного шунта . Магнитный шунт может быть и неподвижным. В этом случае его сопротивление Rтр изменяется благодаря обмотке, питаемой постоянным током через регулировочный реостат. При увеличении тока управления увеличивается и поток Фу, что приведёт к насыщению железа шунта, т.е. увеличению его магнитного сопротивления Rтр. А это вызовет увеличение сварочного тока I2.
Изменение степени разнесения обмоток. Здесь часть витков вторичной обмотки W2a находится на том же стержне, что и первичная обмотка, между ними установлена нормальная магнитная связь. Две другие катушки с числом витков W2б и W2в разнесены с первичной обмоткина разные стержни, их магнитная связь с первичной обмоткой ослаблены.
Использование реактивной обмотки. Такая дополнительная обмотка устанавливается на пути потоков рассеяния, в режиме нагрузки в этой обмотке находится ЭДС.
При последовательном согласном соединении реактивной обмотки со вторичной их ЭДС складываются, что даёт ступень больших токов. При последовательном встречном включении их ЭДС вычитаются, в результате имеем диапазон малых токов.
Перемещение обмоток. Первичная и вторичные обмотки могут находится на одном стержне, но на значительном расстоянии друг от друга, в результате чего получаются большие потоки рассеяния Ф1р и Ф2р. Регулирование режима в этом случае осуществляется с изменением расстояния между обмотками.
Изменение соединения катушек первичной и вторичной обмоток. Если первичная и вторичная обмотки содержат каждая по две катушки, открывается ещё одна возможность ступенчатого регулирования. В варианте I используется половина обмоток трансформатора — одна первичная и одна вторичная катушка, в этом случае сопротивление трансформатора Хт1=Х’1+Х2. В варианте II две катушки первичной обмотки соединяются последовательно, две катушки вторичной обмотки соединены также последовательно. При этом индуктивное сопротивление двух половин трансформатора складываются, поэтому сопротивление трансформатора Хт2=2Х’1+2Х2=2Хт1 — вдвое выше, чем в первом варианте, а ток соответственно ниже. В варианте III катушки первичной обмотки соединены параллельно, так же параллельно соединены и катушки вторичной обмотки. При параллельном соединении складываются уже не сопротивления, а проводимости двух половин.
При таком регулировании напряжение холостого хода не меняется.
Трансформатор с подвижными обмотками.
Принцип действия такого трансформатора иллюстрирует рисунок 2. Наибольшее распространение получила конструктивная схема трансформатора со стержневым магнитопроводом 3, цилиндрическими первичной 1 и вторичной 2 обмотками, разбитыми каждая на две катушки. Подвижная обмотка ( обычно вторичная ) перемещается винтовым приводом 4. Основной поток трансформатора Фт замыкается по магнитопроводу, а потоки рассеяния Ф1р и Ф2р — по воздуху в пространстве между первичной и вторичной обмотками.
Рис.2. Расчётная схема трансформатора с
подвижными обмотками
Падающая внешняя характеристика у трансформатора с подвижными обмотками получается благодаря увеличенному магнитному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга.
Плавное регулирование режима, как уже отмечалось, производится благодаря перемещению подвижных обмоток. Ступенчатое увеличение тока осуществляется переключением катушек первичных и вторичных обмоток с последовательного на паралелльное соединение.
Регулирование тока у трансформатора с подвижными обмотками осуществляется за счёт изменения его индуктивного сопротивления: плавное перемещение обмоток, ступенчато-переключением соединения катушек параллельно или последовательно.
Рис.3. Конструкция трансформатора ТДМ — 317 У2
Трансформатор типа ТДМ-317 У2 является типичным примером серийной конструкции с подвижными обмотками (рис.3.7). Он имеет стержневой магнитопровод 2, первичную 6 и вторичную 4 обмотки, переключатель диапазонов тока 12, регулятор тока 1, раму8, колеса 7 и не показанный на рисунке кожух. Магнитопровод набран из холоднокатаных лакированных пластин высококремнистой трансформаторной стали марки 3414 толщиной 0,35 мм. Первичная и вторичная обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на стержнях магнитопровода.
Трансформатор с подвижным магнитным шунтом
Принцип действия трансформатора рассмотрим по рис.4. Он имеет неподвижные первичную 1 и вторичную 2 обмотки, стержневой магнитопровод 3 и подвижный магнитный шунт 4. Каждая обмотка имеет по две катушки, размещённые на разных стержнях. Потоки рассеяния Ф1р и Ф2р замыкаются через магнитный шунт.
Падающая характеристика у трансформатора с магнитным шунтом получается благодаря увеличенному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга и наличием магнитного шунта.
Рис.4. Конструктивная схема трансформатора с подвижным магнитным шунтом
Регулирование режима в трансформаторе с магнитным шунтом осуществляется: плавно- перемещением магнитного шунта, ступенчато- переключением обмоток и изменением степени разнесения обмоток по стержням.
Трансформатор с подмагничиваемым шунтом
В массовом порядке выпускались трансформаторы для механизированной сварки под флюсом типов ТДФ-1001У3 и ТДФ11601 У3.
Трансформатор ТДФ-1001 (рис.5) имеет стержневой магнитопровод 3 и неподвижный шунт 4 также стержневого типа. Магнитная проводимость шунта регулируется с помощью обмотки управления 5, питаемой постоянным током. Первичная обмотка 1, состоящая из двух параллельно соединённых катушек, закреплена у верхнего ярма. Вторичная обмотка 2 состоит из трёх частей по две параллельно соединённых катушек в каждой: катушки 2а расположена рядом с первичной обмоткой, а катушка 2б и 2в отделены от первичной обмотки магнитным шунтом. Поэтому потоки рассеяния весьма велики.
Рис.5. Конструктивная (а) и упрощённая принципиальная (б) схемы трансформатора с подмагничивающим шунтом
Падающая характеристика у трансформатора с подмагничиваемым шунтом получается благодаря увеличенному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток (или части последней) на значительном расстоянии друг от друга и наличием магнитного шунта.
Основной способ регулирования режима заключается в изменении индуктивного изменения трансформатора при изменении магнитного сопротивления шунта.
Трансформатор с реактивной обмоткой
Иногда возникает необходимость в дешёвом трансформаторе с низким ПН и узким диапазоном регулирования, например, при сварке на монтаже или в быту. Такой простейший трансформатор (рис. 6) имеет стержневой магнитопровод 3, первичную 1 и вторичную 2 обмотки, разнесённые на разные стержни. Поэтому потоки рассеяния замыкаются не только по лобовым поверхностям и в окне магнито повода, но ещё и по воздуху между верхними нижним ярмами (Ф1яр и Ф2яр).
Рис.6. Конструктивная (а) и упрощённая принципиальная (б) схемы
трансформатора с реактивной обмоткой
Трансформатор с обмотками, размещенными на разных стержнях, имеет падающую внешнюю характеристику благодаря увеличенному магнитному рассеянию как между стержнями,так и между ярмами магнитопровода.
Для регулирования режима используют реактивную обмотку 4. На рис. 6,б показано, что с помощью переключателя S эта обмотка последовательно соединена со вторичной.
Трансформатор с разнесёнными обмотками
Простейший трансформатор с разнесёнными на разные стержни обмотками может регулироваться и за счёт изменения числа витков вторичной и первичной обмотки. К сожалению, при этом одновременно меняется и напряжение холостого хода. Кратность такого регулирования не превышает 2. Поэтому витковое регулирование только за счёт увеличения или уменьшения числа витков обмоток в серийных конструкциях не применяется. Заметный эффект достигается при совмещении витков регулирования с изменением степени разнесения обмоток по стержням.
На рис.7 показан трансформатор, у которого вторичная обмотка разнесена на разные стержни, тогда как первичная расположена на левом стержне.
Рис.7. Конструктивная схема трансформатора
с витковым регулированием
По схеме рис.7 изготавливается трансформатор ТСБ-145 на три ступени регулирования, он снабжён вентилятором и втычным переключателем ступеней. Подобную схему имеет и трансформатор ТДС-140. Выпускается также нерегулируемый трансформатор ТС-50.
Трансформатор с индуктивностью и ёмкостью
Рис.8. Принципиальная схема трансформатора с
индуктивностью емкостью в цепи дуги
Устойчивость горения дуги при использовании трансформатора с индуктивностью и ёмкостью высокая, поскольку повторное зажигание происходит при совместном питании дуги от трансформатора и ёмкости.
Практически это означает, что при ручной дуговой сварке в случае использования достаточной ёмкости напряжение холостого хода можно снизить примерно до U0 = 35-40 В безопасности снижения устойчивости горения дуги. Снижение U0 приводит к увеличению коэффициента трансформации n = U1/U0= I2/I1 и пропорциональному снижению первичного тока I1. На этой основе удаётся разработать сварочный трансформатор на ток I2 до 100 А, питающийся от осветительной сети с U1=220В и первичным током 15А.
