Министерствообразования Российской Федерации
Профессиональноеучилище №26
Дипломнаяработа
на тему «Сварочныетрансформаторы с нормальным магнитным рассеиванием»
/>с. Михайловское 2010 г.
Введение
Устройство и обслуживание сварочноготрансформатора
Трансформаторы с нормальным магнитнымрассеиванием
Регулировка сварочного тока
Однопостовые сварочные трансформаторы
Виды сварочных трансформаторов
Трансформаторы с отдельным дросселем
Трансформаторы с магнитными шунтами
Графическая часть. Схема сварочноготрансформатора с нормальным магнитным током
Список использованной литературы
Введение.
Одним из важнейшихпреимуществ переменного тока перед постоянным является легкость и простота, скоторой можно преобразовать переменный ток одного напряжения в переменный токдругого напряжения. Достигается это посредством простого и остроумногоустройства – трансформатора, созданного в 1876 г. замечательным русским ученымПавлом Николаевичем Яблочковым.
П.Н. Яблочков предложилспособ «дробления света» для своих свечей при помощи трансформатора. Вдальнейшем конструкцию трансформаторов разрабатывал другой русский изобретательИ.Ф. Усагин, который предложил применять трансформаторы для питания не только свечейЯблочкова, но и других приемников.
В дальнейшем несколькоконструкций однофазных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом были созданывенгерскими электротехниками О. Блати, М. Дери и К. Циперновским. Для развитиятрансформаторостроения и вообще электромашиностроения большое значение имелиработы профессора А.Г. Столетов по исследованию магнитных свойств стали ирасчету магнитных цепей.
Сварочные трансформаторыпредназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должныиметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающаяхарактеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручнойдуговой сварки и сварки под флюсом.
Промышленный переменныйток на территории России имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц). Сварочныетрансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети(220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемогодля сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильногогорения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора прихолостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60—75 В. При сварке намалых токах (60—100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжениехолостого хода 70 — 80 В.
Устройство и обслуживаниесварочного трансформатора
Силовыетрансформаторы предназначены для питания током силовых и осветительныхустановок, они обычно трансформируют (преобразовывают) ток высокого напряжения,поступающий по линиям электропередачи, в ток более низкого рабочего напряжения(380—220 В). Это вторичное напряжение постоянно и не должно меняться отнагрузки. Режим короткого замыкания для них является аварийным, так как приэтом растет ток до недопустимых пределов, происходят перегрев и выход из строяобмоток трансформатора.
Сварочныетрансформаторы работают в режиме меняющихся напряжений и тока и рассчитаны накратковременные короткие замыкания сети.
Длясварки переменным током широко применяют однофазные трансформаторы, которыеразделяют силовую и сварочную цепи и понижают высокое напряжение 380 или 220 Вдо величины не более 80 В. Внешняя вольтамперная характеристика вторичной цепиэтих трансформаторов, т. е. зависимость между величиной сварочного тока инапряжением, должна обеспечивать ведение устойчивого сварочного процесса,учитывающего статическую характеристику сварочной дуги.
Наличиеиндуктивного сопротивления необходимой расчетной величины обеспечивает втрансформаторах стабилизацию дуги и ее восстановление при частом измененииполярности переменного тока.
Сварочныетрансформаторы применяются для ручной дуговой сварки штучными электродами и взащитном газе, а также для сварки под флюсом. Внешние вольтамперныехарактеристики трансформаторов для ручной дуговой сварки подразделяются накрутопадающие / и пологопадающие //. Эти трансформаторы работают в режимерегулятора сварочного тока, который осуществляется путем изменения индуктивногосопротивления обмоток. Трансформаторы, предназначенные для питанияавтоматизированной сварки при постоянной, не зависящей от напряжения дугискорости подачи электродной проволоки, имеют жесткую внешнюю характеристику.
/>
Рис.1.Электрические схемы сварочных трансформаторовя — ТД-102 и ТД-306; б — ТД-300 иТД-500
Коднофазным сварочным трансформаторам относится большая группа трансформаторовсерии ТД. По своей электромагнитной схеме это трансформаторы с увеличенным(развитым) магнитным рассеянием и подвижными обмотками. Они снабженымеханическими регуляторами тока в виде ходового винта, пропущенного черезверхнее ярмо стержневого магнитопровода и ходовую гайку обоймы подвижнойобмотки. Ходовой винт вращается вручную рукояткой, ввинчиваясь в гайку,передвигает обмотку. Стержневой магнитопровод состоит из набора листовой сталитолщиной 0,5 мм высокой магнитной проницаемости. Дисковые первичная и вторичнаяобмотки расположены вдоль стержней. Увеличенное магнитное рассеяние достигаетсяза счет взаимного расположения обмоток. Одна из обмоток подвижная, другаянеподвижная. При перемещении обмоток изменяется магнитное поле рассеяния. Приувеличении расстояния увеличивается индуктивное сопротивление рассеяния, и токуменьшается, при уменьшении расстояние уменьшается индуктивное сопротивление, иток растет. При этом вторичное напряжение холостого хода практически остаетсяпочти неизменным. При большом раздвижении обмоток для получения малых токовнадо увеличивать длину и массу магнитопровода. Для расширения возможностирегулирования тока без увеличения массы магнитопровода применяютплавно-ступенчатое регулирование. В переносных трансформаторах ТД-102 и ТД-306с номинальными токами соответственно 160 и 250 А подвижной является первичнаяобмотка, а вторичная неподвижно закреплена у верхнего ярма магнитопровода (рис.1, а). При больших токах катушки первичной обмотки включены последовательно, авторичной обмотки — параллельно (положение 1); при переходе на малые токи однакатушка вторичной обмотки отключается (положение 2).
Впередвижных сварочных трансформаторах ТД-300 и ТД-500 с номинальными токамисоответственно 315 и 500 А подвижными являются вторичные катушки, а неподвижными— первичные, которые закреплены у нижнего ярма магнитопровода (рис. 1, б). Дляработы на больших токах витки первичной, а также вторичной обмоток соединяютсяпараллельно (положение /); для перехода на малые токи витки обмоток соединяютсяпоследовательно (положение 2), при этом часть витков первичной обмоткиотключается, что приводит к некоторому повышению напряжения холостого хода и,как следствие, улучшению стабильности дуги на малых токах.
ТрансформаторыТД-502 для токов до 500 А снабжены встроенными конденсаторами мощности,улучшающими коэффициент мощности />.Трансформаторы ТД-500-4 дополнительно снабжены устройством для снижениянапряжения холостого хода с 80 до 12 В, что значительно уменьшает возможностьпоражения током сварщика при смене электродов.
Трансформаторысерии ТД в настоящее время заменяются трансформаторами серии ТДМ болеесовершенной конструкции. В них применена холоднокатаная специальная стальтолщиной до 0,35 мм, обеспечивающая более высокие электромагнитные свойствасердечников. Кроме того, использованы новые, более эффективные изоляционные иобмоточные материалы, усовершенствованы переключатели диапазонов сварочноготока и подключение проводов за счет переключателей ножевого типа и штыревыхразъемов, улучшены внешний вид и эксцлуатационные характеристикитрансформаторов, в частности устранена вибрация, характерная длятрансформаторов ТД и других, более ранних серий. Серия ТДМ включает базовыетрансформаторы ТДМ-317, ТДМ-401 и ТДМ-503 на токи соответственно 315, 400. и500 А, а также ряд их модификаций. Трансформаторы серии ТДМ по принципурегулирования, электрической схеме и конструктивному исполнению близки серийТД.
Для ручной дуговой сваркитакже используют трансформаторы с развитым магнитным рассеянием и подвижныммагнитным шунтом, которые имеют на стержневых магнитопроводах частичноразнесенные вторичные обмотки.
Уход за трансформаторамисводится в основном к регулярной проверке сопротивления изоляции, контактов,наблюдению за нагревом обмоток сердечника и его деталей (после отключениятрансформатора от сети). Необходимо часто смазывать регулировочный механизм,удалять грязь с рабочих частей трансформатора. При плохом уходе слой грязиможет достигнуть большой толщины, что нарушит охлаждение и приведет к перегревуобмоток, а это вызовет замыкание токоведущих частей на корпус. Наиболее опаснагрязь, содержащая металлическую пыль.
Плохие контакты, особеннов сварочной цепи, вызывают большие падения напряжения и недопустимые перегревы.Значительное число сварочных трансформаторов выходит из строя из-за небрежногоподключения сварочного кабеля к зажимам и нерегулярного наблюдения засостоянием его контактов.
Трансформаторы снормальным магнитным рассеиванием
Сварочныетрансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и дросселями, имеющимивоздушный зазор СТЭ-24 и СТЭ-34, были обычными понижающими трансформаторами сжесткой характеристикой, а для создания падающей характеристики они комплектовалисьотдельными дросселями — проволочными катушками со стальными сердечниками,имеющими большое индуктивное сопротивление; эти трансформаторы использовались вначальный период развития сварки. Регулирование величины тока осуществлялосьизменением воздушного зазора kпутем передвижения подвижной части дросселя. Были также распространенытрансформаторы со встроенным дросселем серии GTH, предложенные академиком В. П. Никитиным для ручнойсварки, и трансформаторы серии ТСД для механизированной сварки на большихтоках, имеющие дистанционное управление током путем включения с пультауправления механизма перемещения подвижной части дросселя и изменениявоздушного зазора />Однакотрансформаторы со встроенным дросселем серии СТН подвержены сильной вибрации ив настоящее время не применяются. Мощные трансформаторы ТСД-1000-3 и ТСД-2000-2еще используются для автоматизированной сварки под флюсом, но промышленностьюуже не выпускаются.
Регулировкасварочного тока
Величину сварочного токарегулируют путем изменения воздушного зазора между передвижной и неподвижнойчастями магнитопровода. При увеличении воздушного зазора магнитноесопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственноуменьшается, а, следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки иувеличивается сварочный ток. При полном отсутствии воздушного зазора дроссельможно рассматривать как катушку на железном сердечнике; в этом случае величинатока будет минимальной. Следовательно, для получения большей величины токавоздушный зазор можно увеличить (рукоятку на дросселе вращать по часовойстрелке), а для получения меньшей величины тока зазор уменьшить (рукояткувращать против часовой стрелки).
Регулированиесварочного тока рассмотренным способом позволяет настраивать режим сваркиплавно и с достаточной точностью.
Однопостовые сварочныетрансформаторы
Однопостовыетрансформаторы, предназначены для ручной дуговой сварки покрытыми электродами идля механизированной сварки под флюсом. Требования к их конструкции итехническим характеристикам изложены в ГОСТ 95-77 «Трансформаторы однофазныеоднопостовые для ручной дуговой сварки» и ГОСТ 7012-77 «Трансформаторыоднофазные однопостовые для автоматической дуговой сварки под флюсом».
Трансформаторы должныобеспечивать легкое зажигание и устойчивое горение дуги при использованииэлектродов с высокими стабилизирующими свойствами, предназначенных специальнодля сварки на переменном токе. Если использовать другие электроды, например, сфтористо-кальциевым покрытием, то сварочные свойства трансформатора становятсянеудовлетворительными, особенно при токе ниже 100 А. Вообще низкая устойчивостьгорения дуги переменного тока является типичным недостатком сварочныхтрансформаторов.
Устройство однопостовогосварочного трансформатора с подвижными обмотками приведено на рисунке 2.
Рис. 2.
/>
Виды сварочныхтрансформаторов.
В зависимости отэлектромагнитной схемы и способа регулирования различают следующие конструкции:
Трансформаторыамплитудного регулирования с нормальным рассеянием:
а) с дросселем своздушным зазором,
б) с дросселем насыщения.
Трансформаторыамплитудного регулирования с увеличенным рассеянием:
а) с подвижнымиобмотками,
б) с подвижным магнитнымшунтом,
в) с подмагничиваемымшунтом,
г) с реактивной обмоткой,
д) с разнесеннымиобмотками,
е) с конденсатором,
ж) с импульснымстабилизатором.
Трансформаторы фазовогорегулирования (тиристорные):
а) с импульснойстабилизацией,
б) с подпиткой.
Трансформаторыс отдельным дросселем
Жесткая внешняяхарактеристика такого сварочного трансформатора получается за счетнезначительного магнитного рассеяния и малого индуктивного сопротивленияобмоток трансформатора. Падающие внешние характеристики создаются дросселем,имеющим большое индуктивное сопротивление. Технические данные трансформаторовСТЭ-24У и СТЭ-34У с дросселями приведены в таблице.
/>
Трансформаторы смагнитными шунтами
Принцип действиятрансформатора рассмотрим по рис.3. Он имеет неподвижные первичную 1 ивторичную 2 обмотки, стержневой магнитопровод 3 и подвижный магнитный шунт 4.Каждая обмотка имеет по две катушки, размещённые на разных стержнях. Потокирассеяния Ф1р и Ф2р замыкаются через магнитный шунт. Падающая характеристика утрансформатора с магнитным шунтом получается благодаря увеличеному рассеянию,вызваному размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстояниидруг от друга и наличием магнитного шунта.
/>
Рис. 3. Конструктивнаясхема трансформатора с подвижным магнитным шунтом
Регулирование режима втрансформаторе с магнитным шунтом осуществляется: плавно-перемещениеммагнитного шунта, ступенчато- переключением обмоток и изменением степениразнесения обмоток по стержням.
Графическая часть.Схема сварочного трансформатора с нормальным магнитным током.
/>
Трансформаторс нормальным магнитным рассеиванием
а—с дросселями, имеющими воздушный зазор; б — с встроенным дросселем; 1 —понижающий трансформатор; 2 — дроссель; 3 — подвижная часть дросселя
Списокиспользованной литературы.
1. Алексеев Е. К., Мельник В. И. Сваркав промышленном строительстве. — Μ.· Стройиздат, 1997. — 377 с.
2. Алешин Н. Пм Щербинский В. Г.Контроль качества сварочных работ. — М.: Высш. школа, 1996. — 167 с.
3. Безопасность производственныхпроцессов/Под ред. С. В. Белова — М.: Машиностроение, 2005. — 448 с.
4. Блинов As H.t Лялин К. В-Организация и производство сварочно-монтажных работ, — М: Стройиздат, 1998. —343 с.
5. Думов С. И. Технология электрическойсварки плавлением.— Л.: Машиностроение, 2000. — 468 с.