Материал: Обслуживание сварочного трансформатора ТДМ-315

Конструкции сварочных трансформаторов весьма разнообразны. В зависимости от способа регулирования сварочного тока их можно подразделить на три группы устройств:

устройства, связанные с применением подвижных магнитопроводов и обмоток;

устройства, связанные с подмагничиванием магнитопроводов постоянным током;

устройства тиристорного регулирования;

Статические характеристики

ПВХ - падающая внешняя характеристика

ЖВХ - жесткая внешняя характеристика

ВАХ - вольт-амперная характеристика

Статической внешней характеристикой источника называют зависимость напряжения вторичной цепи от тока U2=f(I2). Ток вторичной цепи является сварочным током. Вторичное напряжение при разомкнутой сварочной цепи называется напряжением холостого хода U20, а при некотором значении сварочного тока - рабочим напряжением на зажимах источника.

Условно внешние характеристики подразделяются на крутопадающие (ПВХ) и пологопадающие (жесткие - ЖВХ). Вид внешних характеристик обычно связан с особенностями сварочного процесса, для которого предназначен источник.

Требования к виду внешних характеристик определяются такими показателями сварочного процесса, как тип электрода (плавящийся, неплавящийся), характер среды, в которой происходит сварка (открытая дуга, дуга под флюсом, в защитных газах), степень механизации процесса (ручная, полуавтоматическая, автоматическая сварка), способ регулирования режима горения дуги (саморегулирование, автоматическое регулирование напряжения дуги).

Так, для ручной дуговой сварки покрытыми штучными электродами, аргоно-дуговой сварки вольфрамовым электродом, механизированной сварки под флюсом на автоматах с регулированием скорости подачи электродной проволоки в зависимости от напряжения дуги используются ПВХ (рис 1, а). При ПВХ источник работает в режиме регулятора сварочного тока. При этом сварочный ток может регулироваться в заданном диапазоне от минимального 121 до максимального 122 значения плавно или ступенями. По технологическим (сварочным) и экономическим соображениям наиболее часто используется плавно-ступенчатое регулирование, когда две (или более) ступени регулирования сочетаются с плавным регулированием тока внутри каждой ступени. Регулирование сварочного тока при ПВХ производится при приблизительном постоянстве напряжения холостого хода U20. Часто при плавно-ступенчатом регулировании переход на ступень малых токов сопровождается повышением напряжения холостого хода U'20.

Рис. 1. Внешние вольт-амперные характеристики

Каждому значению сварочного тока соответствует определенное условное значение рабочего напряжения. Так, при ручной дуговой сварке штучными электродами согласно требованию ГОСТ 95-77 рабочее напряжение (в вольтах) и сварочный ток связаны соотношением:

U2 = 20 + 0,0412

Каждому виду сварки соответствует определенная крутизна наклона ПВХ. Так, например, наиболее крутые характеристики используются для аргонодуговой сварки, более пологие - для ручной сварки штучными электродами, еще более пологие - для сварки под флюсом.

Регулирование длины дуги в процессе сварки при ПВХ осуществляется рукой сварщика или системой регулирования длины дуги сварочного автомата.

При автоматической сварке под флюсом при постоянной, не зависящей от напряжения дуги скорости подачи электродной проволоки используются ЖВХ (рис 1, б).

Источник питания при ЖВХ работает как регулятор напряжения. Рабочее напряжение регулируется в заданных пределах от минимального до максимального значения, причем диапазон регулирования его выбирается в строгом соответствии с заданным диапазоном сварочного тока. Регулирование напряжения при ЖВХ также может быть плавным, ступенчатым и смешанным. Значение сварочного тока определяется скоростью подачи электродной проволоки, а источник питания задает напряжение дуги и обеспечивает саморегулирование длины дуги.

В сварочных трансформаторах для сварки под флюсом согласно ГОСТ 7012-77 рабочее напряжение (в вольтах) и сварочный ток связаны соотношением:

для сварочных трансформаторов на номинальный ток 1000 А

Ш= 19 + 0,03712

для трансформаторов на номинальный ток 2000 А

U2= 13 + 0,031512

При полном разрыве сварочной цепи напряжение на электродах должно мгновенно возрасти до текущего значения напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Однако в реальных сварочных трансформаторах вследствие демпфирующего действия вихревых токов, возникающих в магнитопроводах и конструктивных элементах трансформатора, процесс нарастания напряжения происходит в два этапа.

Рис. 2. Кривые напряжения на вторичной обмотке сварочного трансформатора и разрядного тока

Скорость нарастания напряжения, измеренная непосредственно на дуговом промежутке во время сварки, не может характеризовать динамические свойства сварочных трансформаторов, так как на нее существенно влияет остаточная проводимость дугового промежутка. Поэтому сравнение динамических свойств трансформаторов предложено производить на физической модели. Первичная обмотка исследуемого сварочного трансформатора замыкается накоротко, а вторичная обмотка подсоединяется через переключатель полярности и тиристор к предварительно заряженному конденсатору. Кривая разрядного тока ip представляет собой полуволну синусоиды (рис 2, б). Под действием разрядного тока создается поле рассеяния, которое наводит вихревые токи в элементах конструкции сварочного трансформатора. В конце полупериода разряда вследствие односторонней проводимости тиристора происходит обрыв тока и создаются условия, свойственные сварочной цепи в начале каждого полупериода сварки. Спад напряжения и2 на вторичной обмотке происходит сначала скачком, а потом по экспоненте.

Величина AU и время t3 характеризуют динамические свойства сварочных трансформаторов; очевидно, чем больше эти величины, тем хуже динамические свойства.

Во ВНИИЭСО проведена сравнительная оценка динамических свойств различных конструкций сварочных трансформаторов. Исследовались массовые сварочные трансформаторы с подвижными катушками ТД-500 и подвижным шунтом СТШ-500, а также трансформаторы с подмагничиванием установок аргонодуго-вой сварки УДГ-301, УДАР-300 и трансформаторы экспериментальных установок ТСГП-200 с прямоугольной формой кривой тока.

Характер изменения напряжения и2 на вторичной обмотке сварочного трансформатора и разрядного тока ip регистрировался двухлучевым импульсным осциллографом с калиброванной длительностью развертки. Типичные осциллограммы процесса приведены на (рис 2, в). Ввиду того что для оценки динамических свойств источников необходим только конечный участок кривой 2 с момента обрыва разрядного тока, этот участок осциллографировался при больших скоростях развертки (рис 2, г).

Результаты исследований показывают, что исключительно высокие динамические свойства во всем диапазоне регулирования имеет источник ТСГП-200 с дросселем насыщения на тороидальных магнитопроводах, что согласуется с его высокими сварочными показателями. Его динамические свойства существенно выше, чем у признанных сварочных трансформаторов с механическим регулированием (ТД, СТШ).

Динамические свойства источников установок УДГ-301 и УДАР-300 существенно зависят от режима (от тока подмагничивания).

Форма кривой сварочного тока

Устойчивость процесса сварки на переменном токе в значительной степени зависит от формы кривой сварочного тока. При искажении формы кривой тока относительно синусоидальной, с замедлением его прохождения через нулевые значения, наблюдается снижение стабильности горения дуги. При изменении формы тока до синусоидальной и далее до трапецеидальной и прямоугольной устойчивость горения дуги возрастает. Это явление полностью согласуется с современными представлениями о физических процессах, происходящих при повторном возбуждении открытых дуг переменного тока. Как известно, основным механизмом развития открытой дуги в начале каждого полупериода переменного тока является разогрев дугового газа после некоторого его охлаждения при смене полярности. Все меры, способствующие ускорению нагрева газа после перехода тока через нуль, направлены на повышение стабильности дуг.

Рис. 3. Осциллограммы мощности и напряжения дуги. Режим сварки 180 А, 16В

На рис 3 представлены осциллограммы мощности и напряжения дуги при аргонодуговой сварке от источника с прямоугольной (а) и синусоидальной (б) формой тока. Более равномерное распределение мощности дуги в источнике с прямоугольной формой тока сопровождается снижением пика напряжения повторного зажигания.

Надежное повторное зажигание дуги в источниках с тиристорным фазовым регулированием при искажении формы кривой сварочного тока практически невозможно без использования импульсных генераторов.

Постоянная составляющая тока

Различие физических свойств электрода и изделия, особенно сильное, например, при сварке вольфрамовым электродом алюминиевых сплавов, приводит к тому, что напряжение дуги в одном полупериоде резко отличается от напряжения дуги в другом полупериоде. При этом, если не принять специальных ограничительных мер, в сварочной цепи возникнет значительная постоянная составляющая тока.

Постоянная составляющая сварочного тока создает в сварочном трансформаторе постоянное магнитное поле, вызывающее рост намагничивающего тока, снижение отдаваемой трансформатором мощности и коэффициента мощности. Значительная постоянная составляющая тока отрицательно сказывается на технологии сварки.

Среди многих известных способов устранения или ограничения постоянной составляющей тока практическое применение находит только один - включение в сварочную цепь громоздкой и дорогостоящей конденсаторной батареи, препятствующей протеканию в цепи постоянного тока.

В последние годы предложено новое, компактное и экономичное диодно-тиристорное устройство для ограничения постоянной составляющей тока. Устройство прошло промышленные испытания и внедрено в установках аргонодуговой сварки УДГ-301-1 и УДГ-501-1.

Компенсация реактивной мощности

Сварочные трансформаторы являются потребителями энергии с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности трансформаторов для ручной дуговой сварки, которые обычно не отключаются от сети при холостом ходе, можно увеличить, подключив параллельно первичной обмотке сварочного трансформатора косинусный конденсатор соответствующей мощности. Средневзвешенный коэффициент мощности такого трансформатора, работающего при продолжительности нагрузки ПН = 0,6.

Сварочные трансформаторы должны отвечать следующим требованиям:

Напряжение холостого хода на вторичной обмотке сварочного трансформатора должно быть таким, чтобы была возможность начального и повторных возбуждений дуги и поддержания ее горения в процессе сварки при всех значениях сварочного тока, на который рассчитан трансформатор.

Должна быть обеспечена возможность регулирования режима сварки в широких пределах.

Как и в других источниках питания, при работе сварочного трансформатора постоянно чередуются три режима: холостой ход, работа под нагрузкой и короткое замыкание. Для современных источников питания дуги переменного тока падающую внешнюю характеристику получают путем искусственного увеличения индуктивного сопротивления. Конструктивно трансформаторы для питания сварочной дуги можно разделить на следующие основные группы:

трансформаторы с дросселями, выполненные в виде двух раздельных аппаратов или в виде одного аппарата;

трансформаторы с развитым магнитным рассеянием;

Принцип работы

Силовые трансформаторы предназначены для питания током силовых и осветительных установок, 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 от нагрузки. Режим короткого замыкания для них является аварийным, так как при этом растет ток до недопустимых пределов, происходят перегрев и выход из строя обмоток трансформатора.

В отличие от силовых сварочные трансформаторы работают в режиме меняющихся напряжений и тока и рассчитаны на кратковременные короткие замыкания сети.

Для сварки переменным током широко применяют однофазные трансформаторы, которые разделяют силовую и сварочную цепи и понижают высокое напряжение 380 или 220 В до величины не более 80 В. Внешняя вольтамперная характеристика вторичной цепи этих трансформаторов, т.е. зависимость между величиной сварочного тока и напряжением, должна обеспечивать ведение устойчивого сварочного процесса, учитывающего статическую характеристику сварочной дуги.

Наличие индуктивного сопротивления необходимой расчетной величины обеспечивает в трансформаторах стабилизацию дуги и ее восстановление при частом изменении полярности переменного тока.

Сварочные трансформаторы применяются для ручной дуговой сварки штучными электродами и в защитном газе, а также для сварки под флюсом. Внешние вольтамперные характеристики трансформаторов для ручной дуговой сварки подразделяются на крутопадающие. Эти трансформаторы работают в режиме регулятора сварочного тока, который осуществляется путем изменения индуктивного сопротивления обмоток. Трансформаторы, предназначенные для питания автоматизированной сварки при постоянной, не зависящей от напряжения дуги скорости подачи электродной проволоки, имеют жесткую внешнюю характеристику.

Рис. 1. Сварочный трансформатор с развитым магнитным рассеиванием и подвижными обмотками (разрез)

- ходовой винт; 2 - магнитопровод; 3 - ходовая гайка; 4 и 5 - вторичная и первичная обмотки; 6 - рукоятка

Рис. 2. Электрические схемы сварочных трансформаторов я - ТД-102 и ТД-306; б - ТД-300 и ТД-500

Устройство сварочного трансформатора ТДМ-315

Трансформатор сварочный ТДМ - 315 предназначен для дуговой сварки плавящимся электродом на переменном токе малоуглеродистых и низколегированных сталей.

Трансформатор имеет падающие внешние характеристики, необходимые для ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Основные преимущества:

1)  простая и надежная конструкция механического регулирования сварочно го тока с помощью подвижного шунта;

2)  плавно-ступенчатая регулировка сварочного тока в широком диапазоне;

3)  наличие защиты от тепловой перегрузки;

4)  быстроразъемные и безопасные токовые разъемы;

5)  легкое зажигание и устойчивое горение дуги;

6)  класс изоляции Н;

7)  принудительное охлаждение;

8)  малая масса и габариты;

9)  для удобства перемещения в монтажных условиях установлен на колеса.

Технические характеристики

Сварочный трансформатор предназначен для питания одного сварочного поста однофазным переменным током частотой 50 Гц. При ручной дуговой сварке, резке и наплавки металлов покрытыми металлическими электродами

Трансформатор работает в следующих условиях

а)       интервал температур от - 45°С до + 45°С

б)       относительная влажность воздуха не более 80% при + 20°С.

в)       высота над уровнем моря не более 1000 м

Предусмотрено использование штучных сварочных электродов диаметром 2…6 мм всех марок

Трансформаторы выполняются на одно напряжение сети

а) 220 В, 50 Гц б) 380 В, 50 Гц

Климатическое исполнение У, категория 2 по ГОСТ 15150-69

Трансформатор представляет собой переносную (передвижную) установку в однокорпусном исполнении с естественной вентиляцией, обеспечивающую преобразование электрической энергии сети в электрическую энергию требуемого для процесса дуговой сварки напряжения, создающую необходимую падающую характеристику и обеспечивающую плавное регулирование сварочного тока в требуемых пределах.

Каждый трансформатор выполняется только на одно напряжение сети; 220 или 380 вольт.

Трансформатор состоит из следующих основных узлов: магнитопровода, сердечника, трансформаторных обмоток (первичной и вторичной), магнитного шунта, автоматического выключателя и кожуха.

Трансформатор однофазный с магнитопроводом стержневого типа. Обмотки трансформатора имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной и вторичной обмотки неподвижны. Катушки обмоток выполнены из изолированного алюминиевого (медного) провода марки АПСД. Обмотки от сердечника магнитопровода изолированы стеклопластиком и пропитаны электротехническим лаком.

Сердечник трансформатора собран из листов электротехнической стали толщины 0,5 мм.

Сварочный ток регулируется вращением рукоятки, находящейся на верхней панели трансформатора. При вращении ходового винта рукояткой перемещается магнитный шунт. Опускание магнитного шунта приводит к уменьшению величины сварочного тока и наоборот при его поднятии сила сварочного тока увеличивается.

Подключение сетевых проводов к трансформатору осуществляется через клеммы, расположенные на выключателе. Включение и выключение трансформатора производится выключателем.

Для удобства перемещения трансформатор снабжен колесами и двумя ручками, расположенными на крышке кожуха.

Обслуживание сварочного трансформатора ТДМ-315

Перед первым пуском трансформатора или перед пуском трансформатора, длительное время не бывшего в употреблении, а также при изменении места установки необходимо:

а)       очистить трансформатор от пыли, продув его сухим сжатым воздухом;

б)       подключить трансформатор к сети, подсоединив сетевые провода к клеммам выключателя, находящегося на задней панели (подпись 220В или 380В), сняв и установив крышку задней панели. При подключении к сети трансформатора на 220 В использовать «фазу + 0», а трансформатора на 380 В - «фаза + фаза». Рекомендуемое сечение медных изолированных проводов для подключения транс форматора к сети - 6 кв. мм.;

в) провода для Сварки подключать к клеммам передней панели (надпись 60В), сечением не более 70 кв. мм.;

г)       заземлить отдельными проводами корпус трансформатора и зажим сварочной цепи, к которому подключается провод идущий к свариваемому изделию («масса»);

д)       тщательно затянуть все контактные зажимы. Включать трансформатор без заземления недопустимо

е)       проверить состояние электрических проводов и контактов

ж)      убедиться, что концы рабочего кабеля не касаются один другого, присоединенный электрододержатель и конец второго рабочего провода не касаются одновременно металлической поверхности;

з) для подключения к сети необходимо установить пусковое устройство на ток 60… 100А;

Сварку, резку, наплавку производить согласно общим рекомендациям.

Время непрерывного горения сварочной дуги должно быть ограничено (ПН 60%) во избежания перегрева, поэтому периоды сварки должны чередоваться с обязательными перерывами в работе (паузами).

Для обеспечения бесперебойной длительной работы трансформатора производите ежедневные и периодические (через 100. 200 часов работы, но не реже одного раза в месяц) осмотры.

При ежедневном обслуживании:

а)       перед началом работы произвести внешний осмотр трансформатора для выявления случайных повреждений отдельных наружных частей и устраните за меченные неисправности;

б)       проверить состояние болтовых соединений токоведущих частей и подтянуть ослабшие контакты;

в)       проверить заземление трансформатора.

При периодическом обслуживании необходимо:

а)       очистить трансформаторы от пыли и грязи, для чего продуть его струёй сжатого воздуха, а в доступных местах протереть чистой мягкой ветошью. В случае необходимости подкрасить поврежденные места, предварительно очистить их от ржавчины и обезжирить;

б)       проверить и подтянуть все резьбовые соединения;

в)       проверить состояние электрических контактов и если необходимо, обеспе чить надежный электрический контакт;

г)       смазать тугоплавкой смазкой трущиеся части ходового винта.

Руководители эксплуатационных служб должны постоянно помнить и требовать от подчиненных надлежащей качественной организации и выполнения технического обслуживания, что продлит срок службы трансформатора и предотвратит несчастные случае поражения электрическим током.

Трансформатор должен храниться в сухом вентилируемом помещении при температуре от минус 50 град. С до плюс 50 град. С и относительной влажности не более 80%. Помещение должно быть изолировано от проникновения различного рода газа и паров, способных вызвать коррозию. Категорически запрещается хранить в одном помещении с трансформатором материалы или имущество, испарения которых

Преимущества сварочных трансформаторов дешевизна изготовления (сварочный трансформатор примерно в 2-4 раза дешевле сварочного выпрямителя и в 6-10 раз дешевле сварочного агрегата аналогичной мощности);

высокий КПД (обычно 70-90%);

сравнительно низкий расход электроэнергии;

простота эксплуатации и ремонта.

Недостатки сварочных трансформаторов

для качественной сварки обычно требуются специальные электроды для переменного тока, обладающие повышенными стабилизирующими свойствами;

низкая стабильность горения дуги (при отсутствии встроенного стабилизатора горения дуги);

в простых трансформаторах - зависимость от колебаний сетевого напряжения.

Список использованной литературы

электрогазосварщик промышленный трансформатор профессия

1. Тихомиров П.М., Расчёт трансформаторов, Энергия, М., 1986 г.

3. Сапожников А.В., Конструирование трансформаторов, государственное энергетическое издательство, М.-Л., 1959 г.

4. Иванов-Смоленский А.В., Электрические машины, Энергия, М., 1980 г.

5. Костенко М.П., Пиотровский Л.М., Электрические машины часть 1, Энергия, Л, 1973 г.

6. Вольдек А.И., Электрические машины, Энергия, М, 1974 г.

7. Потишко А.В., Справочник по инженерной графике, Будивельник, Киев, 1983 г.

8. Александров К.К., Электротехнические чертежи и схемы, Энергоатомиздат, М. 1990 г.

9. ГОСТ 16110-82 Трансформаторы силовые. Термины и определения.

10.   ГОСТ 11677-85 Трансформаторы силовые. Общие технические требования.

11.   ГОСТ 11920-85 Трансформаторы силовые масленые общего назначения до 35 кВ включительно. Технические условия.