|
В эту группу источников входят сварочные трансформаторы с нормальным рассеянием, работающие в комплекте с дросселями насыщения (ДН), и трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием, регулируемые подмагничиванием шунта (ТРПШ).
Эти источники имеют ряд существенных преимуществ перед рассмотренными ранее. Первое преимущество - отсутствие подвижных частей и, как следствие, высокая надежность и долговечность. Второе - сравнительно малая инерционность регулирования и простота дистанционного управления. Третье преимущество, относящееся к ДН, - возможность получения очень широких пределов регулирования тока и прямоугольной формы кривой тока.
Недостатки этих устройств - большой расход активных материалов и невысокие энергетические показатели.
Дроссели насыщения получили за рубежом широкое распространение в универсальных источниках питания переменного и постоянного тока для аргонодуговой сварки, реже используются для создания источников с прямоугольной формой кривой тока. ТРПШ применяются как у нас, так и за рубежом в качестве источников для аргонодуговой сварки и автоматической сварки под флюсом.
Рис 12. Схема сварочного трансформатора с дросселем насыщения (а) и построение кривой тока в рабочей цепи дросселя насыщения (б); осциллограмма тока нагрузки (в)
В последнее время источники, регулируемые подмагничиванием, стали вытесняться более современными и экономичными тиристорными системами.
↑ наверх
Сварочные трансформаторы с дросселями насыщения
Схема трансформатора представлена на рис 12, а. Во вторичной цепи сварочного трансформатора Т с нормальным рассеянием включен дроссель насыщения (ДН). На двух магнитопроводах ДН размещены рабочие обмотки с числами витков ω1р и ω2р; обмотка управления с числом витков ωу охватывает одновременно оба магнитопровода. Рабочие обмотки включены встречно-последовательно, чтобы ЭДС основной частоты, наводимые в обмотке управления, взаимно компенсировались.
Различают два режима работы дросселя насыщения: режим свободного и вынужденного намагничивания. При свободном намагничивании сопротивление в цепи управления настолько мало, что не может влиять на значение гармонической составляющей тока в этой цепи, возникающей под действием ЭДС. При вынужденном намагничивании гармоническая составляющая тока полностью (или частично) подавлена путем введения в цепь управления дополнительного индуктивного сопротивления (дроссель L на рис 12, а). У «идеальных» ДН, выполненных на магнитопроводе с прямоугольной кривой намагничивания, у которого отсутствуют рассеяние обмоток и активные потери, а гармоническая составляющая тока управления полностью подавлена, кривая тока нагрузки имеет прямоугольную форму. В цепи нагрузки «идеального» ДН, работающего в режиме свободного намагничивания, форма кривой тока, напротив, сильно искажена.
В источниках питания с прямоугольной формой кривой тока свойства реальных ДН стараются всемерно приблизить к свойствам «идеального» ДН: применяют тороидальные магнитопроводы из холоднокатаной стали, прошедшей специальную термообработку.
Как будет показано ниже, получение благоприятной для сварки прямоугольной формы кривой тока связано с существенными дополнительными затратами активных материалов на изготовление дросселя L, поэтому такие источники находят ограниченное применение - только для специальных целей.
В более массовых источниках ДН работают в режиме свободного намагничивания. В таких источниках принимают специальные меры для устранения искажений кривой сварочного тока: ДН изготовляют на пластинчатых магнитопроводах из материала со слабо выраженной нелинейностью кривой намагничивания, допускают повышенное воздушное рассеяние обмоток, на пути переменного магнитного потока вводят воздушные зазоры. Все эти меры весьма отрицательно сказываются на регулировочных возможностях ДН, однако позволяют без дополнительных затрат приблизить форму кривой сварочного тока к синусоидальной.
Если значение индукции выбрано таким образом, что отсутствует режим перевозбуждения, ток на выходе ДН очень мал и по форме близок к синусоиде.
Постоянный ток в обмотке управления создает сильное магнитное поле, которое вызывает значительное намагничивание магнитопроводов ДН: одного - в положительном, а другого - в отрицательном направлениях.
Под воздействием рабочего напряжения возникает МДС переменного тока, которая в одном магнитопроводе ДН совпадает с МДС обмотки управления, а во втором - направлена встречно ей. В магнитопроводе, где МДС складываются, магнитная индукция может изменяться весьма незначительно, так как магнитопровод работает на насыщенном участке кривой намагничивания. Во втором магнитопроводе МДС направлены встречно, и индукция в нем может меняться в больших пределах.
Так как магнитопроводы включены последовательно, ток в рабочей цепи под действием приложенного напряжения будет определяться суммарным сопротивлением рабочих обмоток обоих магнитопроводов.
Характеристика намагничивания эквивалентного элемента (кривая 1 на рис 12, б) получается путем графического сложения характеристик намагничивания первого и второго магнитопроводов и некоторого линейного элемента, учитывающего индуктивное сопротивление рабочих с обмоток ДН. Положение кривой намагничивания эквивалентного элемента в системе координат определяется значением МДС обмотки управления.
Прикладывая к эквивалентному элементу синусоидальное напряжение (кривая 2 на рис 12, б), можно графически построить кривую тока 3 в рабочей цепи ДН. Отметим, что кривые тока в оба полупериода полностью симметричны, так как в каждый полупериод магнитные состояния магнитопроводов взаимно меняются. На рис 126 приведена осциллограмма тока нагрузки экспериментального источника ТСГП-200 для режима 50 А, 16 В.
В работе показано, как изменяется форма кривой тока нагрузки в зависимости от степени сглаживания пульсаций тока в цепи управления.
При конечном значении индуктивности сглаживающего дросселя кривая тока нагрузки 1 (рис 13, а) имеет две составляющие. Первая составляющая изменяется во времени по синусоидальному закону, вторая составляющая в течение полупериода остается неизменной. С увеличением индуктивного., сопротивления в цепи управления синусоидальная составляющая уменьшается, а постоянная возрастает. Соотношение составляющих тока нагрузки может быть характеризовано коэффициентом (рис 13, а).
Если же дроссель выполнить линейным, форма кривой тока в процессе регулирования будет ухудшаться с уменьшением его значения. Наихудшая форма имеет место при малых рабочих токах, когда условия существования дугового разряда особенно затруднены.
Рис 14. Конструкция сварочного трансформатора с подмагничиваемым шунтом и схема соединения обмоток
Наряду с источниками с постоянной формой кривой тока нагрузки во всем диапазоне регулирования могут быть созданы источники, у которых форма кривой тока улучшается с уменьшением его значения. В этом случае обмотку управления следует выполнять секционированной, а регулирование сварочного тока производить ступенями - за счет изменения числа витков обмотки управления и плавно в небольших пределах - путем изменения тока управления.
В источнике питания с плавно-ступенчатым регулированием для получения заданной формы кривой тока во всем диапазоне регулирования требуется сглаживающий дроссель существенно меньшей мощности, чем в источнике с плавным регулированием.
↑ наверх
Сварочные трансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунта
На рис 14 показана конструкция и схема соединения обмоток трансформатора, регулируемого подмагничиванием шунта. Эта конструкция получила наиболее широкое распространение в сварочном производстве.
Магнитная система сварочного трансформатора состоит из двух замкнутых магнитопроводов, один из которых перпендикулярно вставлен в другой. Внутренний магнитопровод 6 представляет собой магнитный шунт. Силовые обмотки сварочного трансформатора расположены симметрично на обоих стержнях внешнего, главного, магнитопровода 3. Трансформатор выполнен с частичным разнесением силовых обмоток. Вторичная обмотка состоит из основной обмотки (катушки 4, 5) и дополнительной обмотки (катушки 1), причем основная обмотка расположена по одну сторону шунта, а дополнительная - по другую сторону шунта совместно с первичной обмоткой (катушки 2). Катушки первичной и вторичной обмоток на двух стержнях соединены между собой параллельно.
Обмотка управления обычно выполняется секционированной: четыре катушки 7 обмотки управления Wy включены встречно-последовательно относительно ЭДС основной частоты, наводимой в них потоком шунта Фш. Поток Фу, создаваемый постоянным током в обмотках управления, замыкается по шунту.
Между главным магнитопроводом и шунтом имеется воздушный зазор.
Сварочный трансформатор имеет два диапазона регулирования за счет переключения витков вторичной обмотки. В диапазоне малых токов нагрузка подключается к зажимам Х2 и ХЗ, а в диапазоне больших токов - к зажимам X1, Х2.
При переходе с диапазона малых токов на диапазон больших токов часть витков основной обмотки гюо отключается (катушки 5) и подключается столько же витков дополнительной обмотки (катушки 1). Минимальный ток трансформатора (для каждого диапазона) I21 определяется максимальным индуктивным сопротивлением сварочного трансформатора с шунтом при отсутствии тока управления в его обмотках. Это сопротивление может быть определено по приведенным ранее формулам для трансформатора с подвижным шунтом.
Разделение полного диапазона регулирования на две ступени позволяет уменьшить МДС обмоток управления и сделать сварочный трансформатор более компактным и экономичным.
↑ наверх
сварочные трансформаторы с механическим регулированием :: сварочные трансформаторы регулируемые подмагничиванием :: тиристорные трансформаторы :: серийные трансформаторы :: подключение и наладка сварочных трансформаторов
Автор: Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие. Л.: 1986. С.М. Белинский, А.Ф. Гарбуль и др.
|
