Transformator spawalniczy: zasada, wymagania i typy

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Zasadach działania transformatora spawalniczego 2. Wymagania transformatora spawalniczego 3. Rodzaje.

Zasady działania transformatora spawalniczego:

W łuku spawalniczym AC prąd pozostaje prawie sinusoidalny, a napięcie jest zniekształcone, jak pokazano na rys. 4.9.

Biorąc pod uwagę te przejściowe, punkt M wskazuje napięcie wymagane do uderzenia łukiem. Wapno, podczas którego napięcie wzrasta od zera do napięcia wystarczającego do ponownego zapłonu .arc jest określane jako CZAS ODZYSKIWANIA ŁUKU. Na przejściach napięcia łuku jest oznaczony przez Jeżeli łuk ma być stabilny i cichy, czas Y powinien być jak najkrótszy, ponieważ w przeciwnym razie katoda może stać się zbyt zimna, aby emitować odpowiednią liczbę elektronów i jonów do ponownie zapal i podtrzymaj łuk.

Jednym ze sposobów zmniejszenia t 1 jest podniesienie napięcia obwodu otwartego źródła prądu spawania, co widać na rys. 4.10. Krzywa napięcia 2 ma niższą wartość szczytową niż krzywa napięcia 2. Przy krzywej 1 napięcie łuku elektrycznego wynosi E, a czas wyładowania łuku t1. W przypadku krzywej 2, przy tym samym napięciu ponownie zapalającym E, czas przywracania łuku t 2 jest znacznie dłuższy niż t 1 .

W celu utrzymania stałego napięcia łuku obwód spawania powinien zawierać indukcyjność *, która wytworzyłaby różnicę fazową między przejściami napięcia i prądu rzędu 0-35 do 0-45.

Podczas spawania przy niskich prądach katoda traci więcej ciepła niż podczas spawania z dużymi prądami. Dlatego w pierwszym przypadku czas przywracania łuku powinien być jak najkrótszy. Na przykład, przy prądzie od 160 do 250 amperów, łuk jest łatwo inicjowany, gdy transformator ma napięcie obwodu otwartego od 55 do 60 woltów, podczas gdy małe prądy, powiedzmy, od 60 do 70 amperów, napięcie bez obciążenia transformatora powinno wynosić 70 do 80 woltów.

Jednak wzrost napięcia w obwodzie otwartym może zagrozić bezpieczeństwu spawacza i pogorszyć współczynnik mocy (napięcie łuku / napięcie obwodu otwartego) transformatora spawalniczego. Dlatego konieczne jest utrzymanie niskiego napięcia obwodu otwartego w ramach zastosowanych ograniczeń.

Wymagania dotyczące transformatora spawalniczego:

Transformator spawalniczy powinien spełniać następujące wymagania:

1. Powinien mieć charakterystyczną charakterystykę woltamperomierza.

2. Aby uniknąć rozprysku, skok prądu spawania podczas zwarcia powinien być ograniczony do najmniejszego możliwego powyżej normalnego prądu łuku.

3. Napięcie w obwodzie otwartym zwykle nie powinno przekraczać 80 woltów, aw żadnym przypadku nie może przekraczać 100 woltów.

4. Prąd wyjściowy powinien być kontrolowany w sposób ciągły w całym dostępnym zakresie.

5. Napięcie w obwodzie otwartym powinno być wystarczająco wysokie, aby można było rozpocząć rozpalanie łuku i nie za duże, aby osłabić ekonomiczność spawania.

Podstawowe typy transformatorów spawalniczych:

Cztery podstawowe typy transformatorów spawalniczych to:

1. Typ wysokiej reaktancji,

2. Typ zewnętrznego reaktora,

3. Zintegrowany typ reaktora, oraz

4. Typ nasycalnego reaktora.

1. Transformator spawalniczy o wysokiej reaktywacji:

Kiedy transformator dostarcza prąd, strumienie magnetyczne są wytwarzane wokół jego uzwojeń.

Linie wynikowego strumienia magnetycznego, ɸ, przechodzą przez obwód magnetyczny i przecinają uzwojenia pierwotne (I) i wtórne (II), jak pokazano na rys. 4.11. Jednak nie wszystkie linie strumienia magnetycznego tak robią. Niektóre linie strumienia magnetycznego spowodowane prądem pierwotnym nie przecinają zwojów wtórnych i odwrotnie, ponieważ oba mają swoje ścieżki w powietrzu.

Na diagramie te częściowe strumienie zostały oznaczone jako ɸ L1 i ɸ L2 . Innymi słowy, są one odpowiedzialne za reaktancję * cewek i odpowiednie napięcie reaktywne spada na nie. Wraz ze wzrostem prądu wzrastają również strumienie przecieku, a także siła elektroindukcji. Dlatego wzrost prądu pierwotnego lub wtórnego powoduje zwiększenie spadku napięcia biernego na odpowiednie uzwojenia.

Aby transformator spawalniczy miał stromo opadającą charakterystykę woltamperową, zarówno uzwojenie pierwotne, jak i wtórne powinny mieć wysoką reaktancję, tj. Powinny wykazywać znaczne strumienie wycieku. Ten warunek jest spełniony poprzez umieszczenie uzwojenia pierwotnego i wtórnego albo na oddzielnych kończynach, albo na tej samej kończynie, ale w pewnej odległości od siebie, na przykład na odległości "b" na powyższym rysunku.

Sterowanie prądem w transformatorach spawalniczych o wysokiej reaktywności może być uzależnione od trzech metod. Jedna z nich zawiera poruszającą się cewkę pierwotną, jak pokazano na ryc. 4.12. Ponieważ odstęp między uzwojeniami jest zmienny, zmienia się reaktancja, a tym samym wyjściowy prąd spawania.

Drugi sposób oparty jest na wykorzystaniu uzwojeń gwintowanych po stronie pierwotnej lub wtórnej, a zmiana współczynnika transformacji może zostać dokonana poprzez wprowadzenie lub wyłączenie wymaganej liczby zwojów, jak pokazano na Rys. 4.13.

Trzecia metoda wykorzystuje ruchomy magnetyczny bocznik. Pozycja bocznika umieszczonego na ścieżkach strumieni przecieku, jak pokazano na rys. 4.14, kontroluje wyjściowy prąd spawania poprzez kontrolę reaktancji.

2. Zewnętrzny transformator spawalniczy typu reaktorowego:

Ten rodzaj transformatora spawalniczego składa się z normalnego reaktancyjnego, jednofazowego, obniżającego napięcie transformatora i oddzielnego reaktora lub dławika.

Reaktancja indukcyjna i rezystancje uzwojeń w takim transformatorze spawalniczym są niskie, więc jego napięcie wtórne zmienia się trochę, ale trochę wraz z prądem spawania. Wymagana charakterystyka obwodowa lub ujemna woltamperowa jest zapewniona przez reaktor umieszczony w obwodzie wtórnym obwodu spawalniczego. Reaktor składa się ze stalowego rdzenia i nawiniętej rany drutem zaprojektowanym do przenoszenia maksymalnego dopuszczalnego prądu.

Jeżeli napięcie wtórne transformatora spawalniczego wynosi V2, napięcie łuku wynosi V łuk, a całkowity rezystancyjny spadek cyjno-oporny w reaktorze wynosi V 2, wówczas trzy wielkości mogą być przedstawione schematycznie jak na Rys. 4.15 i są matematycznie powiązane w następujący sposób: .

W ten sposób napięcie łuku zmniejsza się wraz ze wzrostem prądu lub wraz ze wzrostem spadku napięcia na reaktorze. Daje to ujemną lub opadającą charakterystykę woltamperową.

Kontrolę prądu spawania można osiągnąć dwoma sposobami, mianowicie zmieniając reluktancję reaktora (reaktor z ruchomym rdzeniem) lub zmieniając liczbę zwojów uzwojenia wprowadzonego do obwodu (reaktor z gwintem).

Rdzeń reaktora z ruchomym rdzeniem, jak pokazano na Rys. 4.16, składa się z nieruchomej części przenoszącej uzwojenie i ruchomej kończyny, która może być przesunięta w kierunku lub od stałego rdzenia za pomocą odpowiedniego układu, zmieniając w ten sposób szczelinę powietrzną między nimi. Zwiększenie szczeliny powietrznej zwiększa reluktancję obwodu magnetycznego reaktora, podczas gdy jego indukcja samoindukcyjna i indukcyjna spada, dzięki czemu wzrasta prąd spawania.

Kiedy szczelina powietrzna jest zmniejszana, zmniejsza się również reluktancja obwodu magnetycznego, strumień magnetyczny wzrasta, podobnie jak reaktancja indukcyjna cewki i prąd spawania spada. W ten sposób prąd spawania można regulować bardzo dokładnie i ciągle.

W nagwintowanym reaktorze rdzeń jest stały, ale cewka jest podzielona na kilka sekcji, z których każda ma kran doprowadzony do punktu regulatora, jak pokazano na rys. 4.17. Przesunięcie ramienia kontaktowego przez krany będzie zmieniać liczbę zwojów wprowadzonych do obwodu, a wraz z tym wielkość prądu spawania. W ten sposób prąd kontrolowany jest stopniowo.

3. Zintegrowany transformator spawalniczy typu reaktorowego:

Transformator spawalniczy typu integralnego reaktora, pokazany na rys. 4.18, ma uzwojenie pierwotne I, uzwojenie wtórne II i uzwojenie reaktora III. Oprócz głównych kończyn, rdzeń ma dodatkowe kończyny niosące uzwojenie reaktora. Prąd jest regulowany za pomocą ruchomego rdzenia C umieszczonego między dodatkowymi kończynami.

Część, która niesie uzwojenie I i II, jest więc właściwym transformatorem, a część przenoszącą uzwojenie III jest reaktorem.

Reaktor może być połączony z drugorzędnym urządzeniem pomocniczym albo szeregowo.

Gdy reaktor połączony jest szeregowo, rysunek 4.18 (a), napięcie obwodu otwartego transformatora będzie wynosić

E t + E 2 + E r

gdzie E 2 jest wtórnym napięciem transformatora, a E r jest napięciem reaktora.

Połączenie szeregowe zapewnia stabilny łuk przy niskich prądach i jest wykorzystywane do spawania cienkich blach.

Gdy reaktor jest podłączony szeregowo, jak pokazano na rys. 4.18 (b), jego napięcie jest odejmowane od napięcia obwodu otwartego transformatora, to znaczy

E t + E 2 - E r

Oporowe połączenie szeregowe służy do spawania grubych płyt z dużymi prądami.

4. Transformator do spawania typu saturacyjnego:

W tym transformatorze spawalniczym zastosowano izolowany obwód prądu stałego o niskim napięciu i niskiej amperażu, aby zmienić efektywne właściwości magnetyczne rdzenia magnetycznego. Tak więc duża ilość prądu przemiennego jest sterowana za pomocą stosunkowo niewielkiej ilości prądu stałego, co umożliwia dostosowanie charakterystyki wyjściowej woltamperowej krzywej od minimum do maksimum. Na przykład, gdy w cewce reaktora nie ma prądu stałego, ma on minimalną impedancję, a tym samym maksymalną moc transformatora spawalniczego.

Ponieważ wielkość dc jest zwiększana za pomocą reostatu w obwodzie prądu stałego, istnieje więcej ciągłych linii magnetycznych siły, co zwiększa impedancję reaktora i zmniejsza prąd wyjściowy transformatora spawalniczego. Ta metoda ma tę zaletę, że usuwa ruchome części i wyginające się przewody i jest często wykorzystywana do zasilenia spawania łukiem elektrycznym z wolframu gazowego.

Rys. 4.19 pokazuje podstawy obwodu dla prostego nasycalnego źródła zasilania reaktora. Aby osiągnąć pożądany cel niskiego napięcia i wysokiego prądu, cewki reaktora są połączone w przeciwieństwie do cewki kontrolnej DC.

W przypadku ac bardzo ważna jest forma falowa do spawania łukiem elektrodą wolframową. Nadmierny reaktor ma tendencję do powodowania poważnych zniekształceń fali sinusoidalnej dostarczanej z transformatora. Umieszczenie szczeliny powietrznej, jak pokazano na rys. 4.19, w rdzeniu reaktora jest jedną z metod zmniejszenia tego zniekształcenia. Alternatywnie, duży dławik można umieścić w obwodzie sterowania DC. Każda z tych metod lub ich kombinacja da pożądany wynik.

Równoległa praca transformatorów spawalniczych:

W operacjach spawalniczych czasami występuje zapotrzebowanie na prąd przekraczający maksymalny prąd spawania uzyskiwany z jednego transformatora. W takim przypadku pożądany prąd spawania można uzyskać przez równoległe działanie dwóch lub więcej transformatorów spawalniczych.

Środek ostrożności potrzebny do takiego równoległego działania jest taki, że napięcie jałowe lub otwarte obwodu transformatora powinno być takie samo. Jest to szczególnie istotne w przypadku transformatorów spawalniczych o wysokiej reaktancji, w których napięcie obwodu otwartego i współczynnik transformacji zmieniają się w pewnym stopniu w zależności od warunków regulacji i etapu sterowania.

Gdy dwa transformatory są podłączone do pracy równoległej, jak pokazano na rys. 4.20, podobne końcówki uzwojeń pierwotnych należy podłączyć do identycznych przewodów liniowych A, B, C sieci zasilającej, zapewniając w ten sposób koincydencję faz elektromagnetycznych w uzwojenia wtórne. Następnie podobne zaciski części wtórnych należy połączyć parami, jak pokazano. Takie trójfazowe podwójne transformatory operatorskie są sprzedawane w Indiach przez M / s ES AB India Limited.

Multi-Operator Transformatory spawalnicze:

Wielo-łukowy lub wielozadaniowy układ transformatora spawalniczego wykorzystuje źródło prądu o wysokim napięciu stałego do zapewnienia wielu obwodów spawalniczych w tym samym czasie. Taki system jest stosowany, gdy występuje duże skupienie punktów spawania we względnie małej przestrzeni roboczej, na przykład w budownictwie okrętowym, na placach budowy dla elektrowni, rafinerii i zakładów chemicznych.

Wielozadaniowy transformator spawalniczy o płaskiej charakterystyce woltamperowej może być odmianą jednofazową lub trójfazową. Wadą wielofazowego transformatora spawalniczego jednofazowego jest to, że obciąża on niezrównoważone obciążenie sieci 3-fazowej. Jeżeli transformator spawalniczy obsługujący wiele operatorów ma mieć napięcie, które nie będzie się zmieniać wraz z obciążeniem (maksymalne odchylenie nie powinno przekraczać 5%), powinien mieć mały wyciek magnetyczny, czyli niską reaktancję indukcyjną.

Liczba łuków lub obwodów spawalniczych, które można podłączyć do transformatora spawalniczego, można znaleźć w zależności,

n = I t / I a .K

gdzie,

n = liczba łuków lub obwodów spawalniczych,

I t = znamionowy prąd wyjściowy transformatora spawalniczego,

I a = średni prąd łuku w każdym obwodzie spawania,

K = współczynnik różnorodności.

Współczynnik różnorodności K uwzględnia fakt, że wszyscy spawacze pracujący z jednego i tego samego źródła zasilania nie działają jednocześnie. Współczynnik różnorodności jest powiązany ze średnim cyklem roboczym i prawami prawdopodobieństwa, ale zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby spawaczy pracujących z tego samego transformatora. Zwykle przyjmuje się, że K ma wartość od 0 ∙ 6 do 0 ∙ 8.

Każde stanowisko spawalnicze jest połączone oddzielnym dławikem zmiennym (regulatorem prądu), który zapewnia stromo opadającą charakterystykę statycznego napięcia woltamperowego dla każdego obwodu spawalniczego. Obwody spawalnicze są połączone równolegle, ponieważ w tym układzie źródło jest lepiej wykorzystywane podczas spawania przy niskich prądach, rzędu od 70 do 100 amperów.

Uwaga:

Należy zauważyć, że transformatory spawalnicze mają raczej niski współczynnik mocy ze względu na to, że zawierają cewki o dużej reaktancji indukcyjnej. Dlatego transformatory spawalnicze nie mogą mieć mocy wyższej niż jest to konieczne do wykonania przydzielonego zadania. Nie powinny też działać przez długi czas bez obciążenia.