Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
книги / Оборудование для дуговой электрической сварки. Источники питания дуги.pdf
Скачиваний:
138
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
35.36 Mб
Скачать

Следовательно, согласно уравнению (121), поток Фв при увеличении сварочного тока будет уменьшаться, так как поток Фр увеличивается пропорционально току.

Используя уравнение (120), можно аналогично преобразовать уравнение (119):

Фс = [Фа - Фр (1 + kM)\ (1 - К) = Фа(1 - К) - Фр (1 - kl) .(122)

Так как сдвиг фаз между потоками Фа и Фр при нагрузке при­ ближается к 150°, то разность составляющих этих векторов Фс, согласно уравнению (122), возрастает с увеличением сварочного тока, так как растет поток Фр, а основной поток трансформатора Фа и коэффициент магнитной связи изменяются мало.

Указанное распределение и изменение магнитных потоков в стерж­ нях трансформатора типа СТАН-1 было подтверждено опытным путем. Так, при изменении нагрузки от холостого хода до 1д — = 320 а поток Фа уменьшился всего на 5,5%, а поток Фв — на 20%. Поток в среднем стержне Фс возрос в 8 раз и превысил поток в край­ них стержнях трансформатора. Следовательно, стержень, на котором размещена реактивная вторичная обмотка, и прилегающие к нему участки верхнего и нижнего ярма менее нагружены при работе, чем при холостом ходе.

В соответствии с уравнениями (121) и (122) можно несколько по-иному представить распределение потоков в стержнях трансфор­ матора при нагрузке.

Произведем преобразования этих

уравнений, полагая Фа = Ф0

и соответственно

 

Фикм = ФоК = Фов;

Фр (1 - ^ ) = Ф

ра = Фр9;

Фа 0 ^м) = Фос>

где Фрэ — эквивалентный поток рассеяния трансформатора, который может быть также назван потоком эквивалентной реактив­ ной обмотки, имеющей индуктивное сопротивление, равное Х т.

Тогда

Фо = Фа>

(123)

Фе = Фов +

Фрэ

(124)

ФсФос

Фрэ'

(125)

Схема распределения потоков, отвечающая уравнениям(123)-—(125), показана на фиг. 79. Этому распределению потоков соответствует

11*

векторная диаграмма напряжений и потоков, представленная на фиг.^ 80.

На фиг. 80 направления векторов потоков показаны в соответствии

с их фазой: вектор потока Фа = Ф0 опережает вектор напряжения холостого хода U0 на 90°, а вектор эквивалентного потока рассеяния трансформатора Фр9 совпадает по фазе с вектором тока во вторичной цепи / а.

Пренебрегая падением напряжения в активных сопротивлениях обмоток, можно записать:

и 0= и ю + Upo = 4,44/ (ку20 - w2pkM) Ф0-10 8

Фиг. 79. Распределение эквивалентных

Фиг. 80. Векторная диаграмма напряже­

результирующих

магнитных

потоков

ний, э. д. с. и потоков

в трансформаторе

в стержнях сердечника трансформа­

с подвижным шунтом типа СТАН при

тора СТАН

при нагрузке.

нагрузке.

 

Ерэ =

1дХ Г --- 4,44/ш2рФрэ. 10-8.

(126)

Напряжение дуги в этом случае определится из уравнения

 

U

О§ Ёр9 = 0 $/7эХт,

 

которое было приведено ранее в аналитической форме (см. векторную

диаграмму на фиг. 77). Вектор 0 р (фиг. 80) является результирующей э. д. с. или напряжением на клеммах реактивной обмотки, индукти­ рованным результирующим потоком Фв в стержйе в. Из векторной

диаграммы на фиг. 80 также следует, что напряжение дуги

может

быть представлено суммой

 

и и = Од= и 20 + Ор.

(127)

Так как э. д. с. Е2ои напряжение на клеммах U2oосновной вторичной обмотки при изменении нагрузки меняются очень мало благодаря постоянству потока Фа, то напряжение источника уменьшается с увеличением сварочного тока вследствие изменения величины и фазы результирующего напряжения на клеммах реактивной обмотки Up.

Последнее подтверждается опытными осциллограммами, приведен­ ными на фиг. 81, где показаны осциллограммы вторичного тока / 2 и напряжений U20и при холостом ходе, нагрузке трансформа­ тора СТАН-1 на активное балластное сопротивление и коротком замыкании. Из сравнения осциллограмм на фиг. 81 следует, что при изменении нагрузки от холостого хода до короткого замыкания

угол сдвига фаз

0 (см. фиг. 80) между векторами

напряжений U29

и Up изменяется от 0 до 180°. Внешняя характеристика

Uu = Д (1д)

(кривая У), а

также зависимости U20 = Д (1д)

и

Up = /3 (/д),

изображенные на фиг. 82, подтверждают выводы в отношении харак­ тера изменения напряжений Uw U20 и Up при нагрузке.

Фиг. 81. Осциллограммы напряжений U20, Up и тока нагрузки / 2 в трансформа­ торе СТАН-1:

а — холостой ход; б — нагрузка; = 30 в; / 2 = 518 а; в — короткое замыкание; = 650 а.

Из уравнения (126)

£ р э= V G — М4/ш2рФра. Ю- 8

можно определить зависимость полного индуктивного сопротивле­ ния Х г от некоторых параметров^ реактивной обмотки трансфор­ матора.

Выразим амплитудное значение потока Фр через н. с. реактивной обмотки и магнитное сопротивление на пути этого потока:

V ~2 Idw2p

Фр== K„p-io- 8

где R^p — полное магнитное сопротивление на пути потока Фр, включая сердечник трансформатора, средний стержень и воздушное пространство между крайними стержнями,

в ом~1 сек~1.

Подставим это выражение в уравнение (126). Учитывая, что Фр9 = ’ = Фра, после преобразования получим

to^La

Xr = - J ^ .

Сравнивая уравнение (128) с выражением для индуктивного сопротивления отдельной реактивной катушки-дросселя

v

■' ■ К„ ’

можно заметить, что при равенстве остальных параметров уравне­ ние (128) отличается лишь наличием коэффициента рассеяния о < 1.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___

_________ ----- !

 

Последнее вполне зако­

1,0

 

 

 

 

 

 

 

-

 

номерно,

так

как

маг­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нитная

связь

между

 

 

 

 

 

 

 

 

отдельной

реактивной

70

 

 

 

 

 

 

 

 

катушкой

и

трансфор­

 

 

 

 

 

 

 

 

матором

 

отсутствует,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т. е.

kM — 0,

а коэф­

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

N

 

 

 

 

фициент

рассеяния

ра­

 

 

 

 

/ \

 

!

 

вен единице:

а =

1

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

k2M= \ . Из сравнения

 

 

 

 

 

 

 

i

уравнений

также

сле­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

дует,

что

для

случая

МО

 

 

 

 

 

 

Л

 

i

равных

 

индуктивных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 сопротивлений

Х т= Х р

30

 

 

 

 

 

 

 

л\

! число витков

реактив­

 

 

 

 

 

 

 

ii

ной вторичной

обмотки

 

 

Р

 

 

 

 

 

! трансформатора

 

w2р

20

 

11

 

 

 

 

 

 

 

должно

быть

 

больше

 

 

 

 

 

 

 

 

числа витков

 

обмотки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

отдельного дросселя wp

W

 

 

 

 

 

 

 

 

при условии

равенства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

магнитных

сопротивле­

 

 

50

1

150

 

 

 

 

ний

их

 

сердечников.

 

 

W0

 

200

 

/ е* Однако

витки

отдель­

Фиг. 82.

 

Внешняя характеристика Uu= fi

(Id) (кри­

ного дросселя

не

уча­

вая 1) и зависимость напряжений

/7г0 (кривая 2)

и

ствуют в создании э. д. с.

и р (кривая 3) от тока

в трансформаторе СТАН-1.

во

вторичной

цепи

время как в

реактивной

 

 

 

 

при холостом ходе, в то

обмотке трансформатора

 

с

увеличен­

ным рассеянием благодаря наличию магнитной

связи

индукти­

руется

 

значительная э.

д.

с.

Вследствие

этого

'число витков

oi2

во вторичной обмотке трансформатора, имеющего отдельный дрос­ сель, всегда больше числа витков w2o основной вторичной обмотки трансформатора с подвижным магнитным шунтом при условии равен­ ства остальных параметров. Поэтому суммарное число витков в основ­ ной и реактивной вторичных обмотках w20 + w2p, как правило, меньше суммарного числа витков вторичной обмотки трансформатора и отдельного дросселя w2 + wp. Благодаря этому можно уменьшить расход обмоточною провода в трансформаторах с увеличенным

рассеянием по сравнению с трансформаторами, имеющими отдель­ ные дроссели.

Короткое замыкание дуги. Так же как и во всех ранее описан­ ных сварочных трансформаторах, э. д. с. во вторичной цепи при корот­ ком замыкании уравновешивается в основном падением напряжения м индуктивном сопротивлении, т. е.

U0^ I KXT = Ep3.

(129)

Аналогично можно записать из уравнения (127) при Ud = 0:

и 20- = - и р.

(130)

Справедливость последнего уравнения подтверждается опытной осциллограммой на фиг. 81, в, из которой видно, что при коротком смыкании угол сдвига фаз 0 между напряжениями U2o и Up

олизок к 180°*.

Интересно отметить, что сдвиг фаз ср между током

и напряжением

U2o при коротком замыкании близок к 90°. Послед­

нее подтверждает справедливость уравнения (129), которое было выведено из предположения, что э. д. с. уравновешивается в основном падением напряжения в индуктивном сопротивлении трансформатора.

Зависимость тока короткого замыкания от параметров трансфор­

матора определяется на основе уравнения (129):

 

Подставляя в уравнение

(131) значения U0 и Х т из уравне­

ний (114) и (128), получим

 

 

i K

V i

( w 20 + k Mw w ) R p p

(132)

wi

pa

 

 

§ 3. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА В ТРАНСФОРМАТОРАХ С ПОДВИЖНЫМИ МАГНИТНЫМИ ШУНТАМИ

Способы регулирования режима и их свойства определяются, как обычно, из основных соотношений в трансформаторе (115), (116) и (132):

идъ / ul—l\x%

2

д

 

 

 

и

 

(w20 4- kMw2p) R^p

 

тЛ

 

<ойУ2ра

 

 

 

 

* П р и а н а л и з е о с ц и л л о г р а м м

н а п р я ж е н и й на ф и г. 81 с л е д у е т и м еть в в и д у ,

что м а с ш т а б ы к р и в ы х н а п р я ж е н и й

 

(J2о и Up р а зн ы е .

 

В трансформаторах с подвижными магнитными шунтами регули­ рование или настройка режима производится путем поворота или выдвижения среднего стержня. Воздушные зазоры между шунтом и основным сердечником остаются при этом неизменными, а активное сечение среднего стержня, пронизываемое магнитным потоком рас­ сеяния, уменьшается. Вследствие этого магнитное сопротивление R ^ и соответственно сопротивление RMf>увеличиваются. При выдвиже­ нии магнитного шунта коэффициент рассеяния а уменьшается, а коэф­ фициент магнитной связи kM увеличивается. Следовательно, индук­ тивное сопротивление трансформатора Х т> согласно уравнению (128), уменьшается при выдвижении магнитного шунта, и соответственно возрастают 'ток или напряжение дуги. Регулирование режима путем перемещения магнитного шунта происходит весьма плавно.

Как следует из уравнения (114),

,,

*МЯ>20 ±kMw2p)

 

U0 =

---------щ----------

(133)

Следовательно, при выдвижении шунта несколько увеличивается напряжение холостого хода, так как коэффициент магнитной связи kM при этом также увеличивается. Относительное изменение напря­ жения не превышает обычно 10% среднего напряжения холостого хода.

Кратность регулирования тока зависит от величины хода сред­ него стержня, т. е. от степени изменения величин R^p , kM и о при полном выдвижении магнитного шунта. Чем больше сечение среднего стержня, чем меньше воздушные зазоры и насыщение сердечника трансформатора, тем больше изменение всех указанных величин и больше кратность регулирования тока. Для увеличения кратности регулирования в трансформаторах этого типа обычно применяют комбинированную настройку режима: плавное регулирование путем перемещения магнитного шунта сочетают со ступенчатым изменением числа витков вторичных обмоток трансформатора w2p и w20. При переключении на ступень, рассчитанную на большие токи, умень­ шают число витков w2p и одновременно в несколько меньшей степени увеличивают число витков основной вторичной обмотки w20. Как следует из уравнений (116), (128) и (132), индуктивное сопротивление при этом уменьшится, а сварочный ток и ток короткого замыкания увеличиваются. Так, в трансформаторах типа СТАН-1 при переходе с первой ступени на вторую при одном и том же положении маг­ нитного шунта (шунт вдвинут полностью) сварочный ток изменяется ступенчато с 50 до 200 а. При выдвижении магнитного шунта на первой ступени (с большим числом витков w2p) сварочный ток изме­ няется плавно в пределах 50—220 а. Как видно из приведенных

данных,

максимальный сварочный ток на первой

ступени (=

= 220 а)

несколько больше минимального тока на

второй ступени

(= 200 а). Благодаря тому, что ступени несколько перекрывают

друг друга, обеспечивается возможность настройки любого режима в пределах всего диапазона регулирования трансформатора СТАН-1.

Как было уже указано, особенность комбинированного регули­ рования состоит в том, что при уменьшении числа витков реактив­ ной обмотки W 2p ЧИСЛО ВИТКОВ ОСНОВНОЙ вторичной обмотки ££>20 увеличивают в несколько меньшей степени. Так, в трансформаторах

типа СТАН-1 на первой ступени w2p =

24 виткам, ££>20 =

5

виткам,

а на второй ступени: w2p = 13 виткам и ££>20 = 10 виткам.

 

 

 

Как следует из уравнения

(133), при

 

 

 

 

 

 

таком

изменении

 

отношения

чисел

 

 

 

 

 

 

витков ££>20 и w2p

среднее

напряжение

 

 

 

 

 

 

холостого хода на ступени,

рассчитан­

 

 

 

 

 

 

ной на меньшие токи, будет больше,

 

 

 

 

 

 

чем на

ступени с

большими токами.

 

 

 

 

 

 

В трансформаторах СТАН-1, например,

 

 

 

 

 

 

на первой ступени UQ= 70 в при

токах

 

 

 

 

 

 

в пределах 50—220 а, а на второй сту­

 

 

 

 

 

 

пени UQ=

60 в при токах

200—450 а.

 

 

 

 

 

 

Благодаря такому свойству комбиниро­

 

 

 

 

 

 

ванного регулирования обеспечивается

 

 

 

 

 

 

устойчивое зажигание и

горение дуги

 

 

 

 

 

 

при

токах,

соответствующих

всему

 

 

 

 

 

 

диапазону настройки режима. Поэтому

 

 

 

 

 

 

комбинированное регулирование наибо­

 

 

 

 

 

 

лее

пригодно

для

трансформаторов,

Фиг. 83. Внешние характеристи­

предназначенных для сварки на малых

ки трансформатора СТАН-1 для

и средних

токах.

 

 

 

 

 

двух ступеней

регулирования и

Внешние характеристики трансфор­

крайних положений подвижного

матора

СТАН-1,

имеющего

комбини­

магнитного

шунта:

 

/—I ступень, магнитный шунт выве­

рованное

регулирование,

для

двух

ден полностью; 2 — 1 ступень,

маг­

ступеней и двух

положений подвиж­

нитный

шунт

введен

полностью;

3 — II

ступень,

магнитный

шунт

ного шунта приведены на фиг.

83.

выведен полностью; 4 — II ступень,

Следует

указать,

что

при

измене­

магнитный шунт введен полностью.

нии числа витков реактивной вторич­

и другие параметры транс­

ной

обмотки

несколько

изменяются

форматора. Последнее обусловливается следующим явлением.

 

При одинаковом напряжении дуги индуктивное падение напря-

жения в трансформаторе

1дХ т = Ёр9 будет примерно одинаковым

независимо от ступени регулирования, если пренебречь относительно небольшим изменением напряжения холостого хода. Согласно урав­ нению (126)

Ерэ -- 4,44/a>2p0pO-10~'

При уменьшении числа витков w2p и неизменном значении э. д. с. Ерэ поток вторичной реактивной обмотки Фр увеличивается. <ледовательно, при этом будет увеличиваться поток Фв в стержне, па котором размещена реактивная вторичная обмотка, а также воз-

1 — I ступень;
50
0
20 40 60 80 W0Lc мм
Фиг. 84. Регулировочные кривые h —f Ус) трансформатора СТАН-1:
100
150
2 — II ступень;
/ ;
| /

растет результирующий поток Фс в среднем стержне, когда он вдвинут полностью. Последнее подтверждается данными испытания

трансформатора СТАН-1. Так,

на первой

ступени, при

Ud = 30 в,

Ьй

 

Фв % 5,25-105 мксу поток

в

среднем

 

стержне

Фс =

11,0 • 10б

мксу а на

400

 

второй ступени

Фв = 10,4-105 мкс и

 

Ф„ =

14,4 • 105 мкс. В обоих

случаях

 

 

350

/ 2

поток

Фа ^

14,5- 10б—15,0-105 мкс.

300

Значительное

увеличение

потоков

 

Фв и Фс усиливает насыщение соот­

250

 

ветствующих стержней и ярем транс­

 

форматора,

что

обусловливает уве­

200

/

личение

R^p при

работе

на второй

ступени. По этой

же причине изме­

 

нение R [ip, kMи а при полном выдви­ жении магнитного шунта будет мень­ ше на ступени с меньшим чисдом витков w2p. Вследствие этого мини­ мальный ток на второй ступени не­ сколько возрастет, а кратность ре­ гулирования тока соответственно уменьшится. Регулировочные кри­ вые трансформатора СТАН-1, приве­

1С—вели-

денные на фиг. 84, наглядно под­ тверждают указанные свойства спо­ соба регулирования трансформато­ ров с подвижными шунтами.

* Увеличение насыщения отдельных участков сердечника при работе на второй ступени, как показали испытания трансформатора СТАН-1, не выходит за допустимые пределы и поэтому не сказывается на устойчивости дуги.

§ 4. КОНСТРУКЦИЯ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ПОДВИЖНЫМ ШУНТОМ ТИПА СТАН

Трансформаторы типа СТАН-0 и СТАН-1, выпускаемые в СССР,

относятся к сварочным трансформаторам с увеличенным магнитным рассеянием, имеющим подвижный магнитный шунт. Трансформатор СТАН-1, предназначенный для сварки токами от 50 до 450 а, изго­ товляется в крупносерийном производстве. Для сварки стали малой толщины электродами диаметром от 1,5 до 3 мм при токах от 25 до 150 а может применяться трансформатор СТАН-0, который выпу­ скается по специальному заказу отдельными партиями. Принципиаль­ ная электромагнитная схема трансформатора типа СТАН была приведена на фиг. 75. Трансформаторы СТАН — стержневого типа с цилиндрическими катушками. Первичная обмотка выполнена из изолированной обмоточной меди; вторичные обмотки выполняются

без изоляции. Комбинированное регулирование режима осущест­ вляется путем ступенчатого изменения соотношения между числом витков основной и реактивной вторичных обмоток, а также путем плавного выдвижения среднего подвижного стержня. Для ступенча­ того переключения вторичных обмоток на доске выводов вторичной цепи, помимо двух основных, сделаны три дополнительных вывода.

Соединяя

перемычкой

попарно

 

дополнительные выводы,

получим

 

две

ступени

регулирования:

 

I ступень — малые токи;

II

сту­

 

пень — большие токи.

Основная

 

вторичная

обмотка

разделена на

 

две секции,

которые электрически

 

между

собой

не

связаны.

От

 

части

витков реактивной

вторич­

 

ной

обмотки сделан вывод,

кото­

 

рый^ соединен с концом одной из

 

секций основной вторичной обмот­

 

ки (см. фиг. 75). На первой сту­

 

пени

включены

вся

реактивная

 

обмотка и одна

из секций основ­

 

ной

вторичной

обмотки;

на

вто­

 

рой ступени работает только часть

 

витков

реактивной

и

обе секции

 

основной вторичной обмоток. При

 

гаком

изменении

соотношения

 

ВИТКОВ

вторичных

обмоток

(W 2 p

Фиг. 85. Внешний вид трансформатора

и ш20),

как

следует

из описания

СТАН-1,

способов регулирования (см. § 3

данной главы), ток на первой ступени будет меньше, а напря­ жение холостого хода выше, чем на второй ступени. Плавное перемещение подвижного шунта производится при помощи винтового механизма, снабженного рукояткой. Подвижной стержень связан с указателем, перемещающимся по шкале, градуированной в амперах. По показаниям этой шкалы можно осуществлять предварительную настройку режима. Внешние характеристики и регулировочные кривые трансформатора СТАН-1 бь!ли показаны на фиг. 83 и 84.

Регулирующее устройство трансформаторов СТАН не имеет изменяющихся воздушных зазоров. Усилия, действующие в воздуш­ ных зазорах на торцовые части подвижного шунта, направлены в про­ тивоположные стороны и уравновешивают друг друга. Кроме того, направление этих усилий перпендикулярно оси перемещения по­ движного шунта. Благодаря этим особенностям вибрации подвижного шунта и шум при работе трансформатора типа СТАН незначительны. Следовательно, регулирующее устройство трансформатора СТАН оолее надежно в работе и устойчивость дуги притоках, соответствую­ щих нижнему пределу регулирования, не ухудшается, как это имеет

место в дросселях с изменяющимися воздушными зазорами при малой величине зазора.

Вследствие значительных потоков рассеяния в трансформаторах СТАН несколько увеличиваются потери энергии в обмотках, а также потери на вихревые токи в сердечнике трансформатора. Кроме того, если кожух трансформатора расположен близко от обмоток,, то вихревые т^ки от потоков рассеяния могут вызвать местный нагрев кожуха. Поэтому кожух трансформаторов СТАН распола­ гается на таком расстоянии от обмоток, при котором исключается нагрев стенок кожуха вихревыми токами. Во избежание образования замкнутого контура вокруг обмоток трансформатора, в котором потоки рассеяния могут навести э. д. с., одна из торцовых стенок кожуха трансформатора СТАН отделена от каркаса изолирующей прокладкой.

Описанные выше особенности трансформаторов СТАН делают их наиболее пригодными при ручной дуговой сварке на малых и сред­ них токах. Трансформаторы СТАН, благодаря однокорпусному исполнению и сочетанию в одном аппарате функций трансформатора и дросселя, позволяют получить экономию в расходе активных и конструктивных материалов, снизить общий вес и повысить технико­ экономические показатели трансформатора при эксплуатации. Так, в трансформаторах СТАН-1 расход обмоточной меди снижен на 17%, а расход электротехнической стали — на 24,5% по сравнению с одинаковыми по мощности трансформаторами, имеющими отдельный дроссель. Экономия в расходе электроэнергии достигает 450 квпг-ч в год на каждый трансформатор при 1,5-сменной работе.

При эксплуатации трансформаторов СТАН следует иметь в виду, что выключение реактивной обмотки, подобно отключению отдельного дросселя, в этих трансформаторах невозможно, так как регулирую* щее устройство составляет с трансформатором одно целое.

Основные технические данные трансформаторов СТАН приведены в табл. 5. Внешний вид СТАН-1 показан на фиг. 85.

§ 5. ТРАНСФОРМАТОРЫ С УВЕЛИЧЕННЫМ МАГНИТНЫМ РАССЕЯНИЕМ

ИПОДВИЖНЫМИ ОБМОТКАМИ

Второй, весьма распространенной разновидностью сварочных трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием являются трансформаторы сподвижными обмотками. В большинстве случаев такие трансформаторы выполняются с сердечниками броневого типа и дисковыми катушками.

На фиг. 86 изображена часто применяющаяся конструкция пло­ ского броневого сердечника, состоящего из двух отдельных сердеч­ ников с четырьмя стержнями одинакового сечения. Как показано* на фиг. 86, средний стержень броневого сердечника состоит из двух отдельных стержней, между которыми имеется свободное простран­ ство. Обмотки трансформатора располагаются на среднем стержне

на некотором расстоянии /0 друг от друга. Это расстояние можно изменять путем перемещения катушек одной или обеих обмоток. Подвижная обмотка (обычно первичная) при помощи винтового механизма, на котором она закреплена, может перемещаться вдоль стержня сердечника. Неподвижная обмотка закрепляется на том же

стержне.

Винт

механизма

перемещения

 

 

 

 

 

 

 

 

вместе с гайкой

и креплением подвижной

 

 

 

 

 

 

 

 

обмотки

располагается

в

пространстве

 

 

 

 

 

 

 

 

между

двумя стержнями,

образующими

 

 

 

 

 

 

 

 

составной

средний

 

стержень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Перемещение подвижной обмотки про­

 

 

 

 

 

 

 

 

изводится

либо

вручную,

либо винтовой

 

 

 

 

 

 

 

 

механизм имеет

электрический

привод с

 

 

 

 

 

 

 

 

дистанционным

кнопочным

управлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

Регулирующее

устройство

обычно снаб­

 

 

 

 

 

 

 

 

жается

указателем,

перемещающимся по

 

 

 

 

 

 

 

 

шкале, градуированной в амперах, что

 

 

 

 

 

 

 

 

.позволяет осуществлять предварительную

 

 

 

 

 

 

 

 

настройку режима до начала сварки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потоки рассеяния в

трансформаторах

 

 

 

 

 

 

 

 

с подвижными катушками создаются н. с.

 

 

 

 

 

 

 

 

первичной

и

всей

вторичной

 

обмоток,

 

 

 

 

 

 

 

 

причем

эти

потоки

замыкаются

в основ­

 

 

 

 

 

 

 

 

ном

в

пространстве

между катушками.

 

 

 

 

 

 

 

 

В некоторых конструкциях для

усиления

 

 

 

 

 

 

 

 

рассеяния

 

между

 

обмотками

помещают

 

 

 

 

 

 

 

 

неподвижные магнитные шунты.

 

Основ­

 

 

 

 

 

 

 

 

ные

соотношения,

выведенные нами

для

Фиг. 86. Схема

конструкции

трансформаторов

с

подвижным шунтом,

сварочного

трансформатора

справедливы и для трансформаторов этого

с подвижными обмотками:

типа. Необходимо лишь во всех уравне­

1 — дисковая катушка

подвиж­

ной первичнй

обмотки;

2 — ка­

ниях

принять w20 = 0. Следует отметить,

тушка

неподвижной

вторичной

что точный расчет индуктивности

рассея­

обмотки;

3 — составной

сердеч­

ник; 4 — винт

механизма пере­

ния

или

 

индуктивного

сопротивления

мещения

подвижной

обмотки;

 

5 — крепление

подвижной об­

трансформатора по уравнению (128) весьма

 

 

 

мотки.

 

 

затруднителен

ввиду

сложности

анали­

 

 

 

или

магнитного

тического

определения

магнитной

проводимости

сопротивления

на

 

пути

потоков

 

рассеяния *. Однако

уравнение

(128)

и связанные

 

с

ним

уравнения

(115),

(116)

и

(131)

позво­

ляют

 

достаточно

 

полно

проанализировать

основные

свойства

способов регулирования

режима в трансформаторах^ подвижными

обмотками.

При

раздвижении

 

обмоток,

т.

е.

при

 

увеличении

расстояния

/0,

потоки

рассеяния

возрастают,

так

как

магнитное1

1 Изложение методов расчета этих величин можно найти в специальных курсах трансформаторов, а также в работе [24] по расчету цепей и аппаратов переменного тока для дуговой сварки.

сопротивление на пути этих потоков уменьшается. По мере раздвижения обмоток коэффициент рассеяния будет расти, а магнитная связь между обмотками будет уменьшаться. Следовательно, согласно уравнениям (115), (116) и (128) индуктивное сопротивление транс­ форматора Х Г при увеличении расстояния между обмотками уве­ личивается, а ток или напряжение дуги соответственно умень­ шается. Как показали расчеты опытные данные [24], индуктивное-

 

 

 

О

Ю

20

30

 

йО

(0C!f

Фиг. 87. Зависимость

индуктивного

Фиг.

88. Регулировочные

кривые

транс­

сопротивления

X j

от расстояния

форматора типа СТР-1000-П с подвижной

между обмотками

/0 в

трансформаторе

 

 

обмоткой:

 

 

 

типа

СТР-1000.

/ -

(/.). и 0 = 70 в,

=

35

в\ 2 - -

 

 

 

 

«= h (/о),

и 0 = 70

в, (7Я =

0.

 

сопротивление Х т в зависимости от изменения расстояния /0 между* обмотками изменяется по линейному закону (фиг. 87). Следовательно,, ток короткого замыкания и сварочный ток будут изменяться обратна пропорционально расстоянию между обмотками. Регулировочные кривые 1д = Д (/0) и IK= f2 (/о) для трансформаторов с подвижной обмоткой типа СТР приведены на фиг. 88. Для получения требуемой кратности или диапазона регулирования приходится раздвигать обмотки на сравнительно большие расстояния, что увеличивает длину стержней сердечника и повышает расход электротехнической стали. Так, по расчетам, приведенным в работе [24], вес электротех­ нической стали в трансформаторе с диапазоном регулирования 200— 700 а составляет 62,5% от веса стали в трансформаторе одинаковой мощности, но с диапазоном регулирования 100—700 а.

В некоторых конструкциях трансформаторов этого типа для расширения пределов регулирования при одновременном ограниче­ нии раздвижения обмоток прибегают к ступенчатому секционирова­ нию вторичной обмотки. На ступени, рассчитанной на меньшие токи, число витков вторичной обмотки больше, что одновременна

с уменьшением тока дает некоторое повышение напряжения холостого хода. Плавное регулирование в пределах каждой ступени по-преж­

нему осуществляется путем раздвижения

обмоток.

 

в Как уже было

указано, при раздвижении обмоток коэффициент

магнитной связи

kM уменьшается, что

обусловливает

некоторое

 

 

, ,

UlkMW2f>

снижение напряжения холостого хода, так как и 0= ----------------- . w1

Однако в наиболее типовых конструкциях напряжения холостого хода, соответствующие крайним положениям подвижной обмотки, отличаются всего на 3—5%.

Как известно, на обмотки трансформаторов действуют пульси­ рующие электромагнитные силы F, равные по величине и направлен­ ные в противоположные стороны. Эти силы возникают благодаря взаимодействию полей рассеяния и стремятся раздвинуть обмотки (см. фиг. 93). Действующее значение сил F пропорционально квадрату тока в обмотках.

Под действием пульсирующих сил возникают вибрации подвиж­ ной обмотки, если она недостаточно жестко закреплена. Периоди­ ческие колебания режима сварки также могут усилить вибрацию обмоток. Вибрации обмоток снижают надежность работы трансфор­ матора и могут привести к преждевременному выходу его из строя.

Вследствие этого в некоторых конструкциях усиливают крепле­ ние подвижной обмотки, а также применяют различные демпфирую­ щие пружинные или другого типа устройства для уменьшения ви­ браций.

В Институте электросварки АН УССР были разработаны и выпу­ щены трансформаторы-регуляторы с подвижной обмоткой типа СТР, предназначенные для питания дуги при автоматической сварке под флюсом на токи от 450 до 1000 а. В трансформаторах СТР сердечник броневого типа собран из четырех отдельных сердечников (фиг. 89). Средний составной стержень, на котором размещены обмотки, обра­ зуется из четырех отдельных стержней. В пространстве между этими стержнями размещают винт или подвижную штангу, на которых крепится подвижная первичная обмотка. В отличие от обычного плоского трехстержневого броневого сердечника, такой тип сердеч­ ника называют многостержневым. В трансформаторах СТР-1000 подвижная катушка закреплена на винте, который вращается от реверсивного электрического привода. Реверсивный электрический привод состоит из двух короткозамкнутых асинхронных двигателей, которые соединяются с валом редуктора механизма перемещения обмотки при помощи одной из двух электромагнитных муфт. Оба двигателя подключаются к питающей сети одновременно с включением сварочного трансформатора и остаются включенными в течение всего времени сварки.Включение электромагнитных муфт производится при помощи специальной схемы управления. В зависимости от включения той или другой муфты соответствующий двигатель пере­ мещает подвижную обмотку либо в сторону увеличения расстояния

между обмотками, либо сближает их. Когда обе муфты выключены, обмотка неподвижна.

Схема управления трансформатора СТР-1000 позволяет автомати­ чески поддерживать режим сварки при изменении напряжения питающей сети (фиг. 90).

Принцип работы релейной схемы управления, изображенной на фиг. 90, состоит в следующем. Включение электромагнитных муфт

Фиг. 89.

Схема конструкции

Фиг. 90. Принципиальная схема авто­

трансформаторов

типа СТР:

матического ''управления

трансформатора

1 —первичная подвижная обмот­

СТР-1000:

с регуляторами

ка; 2 — вторичная

обмотка; «?—

а — при питании автоматов

составные

части броневого сер­

напряжения дуги; б — при питании автоматов

 

дечника.

с постоянной скоростью подачи электродной

проволоки.

производится специальным трехпозиционным реле РНТ. При пита­ нии от трансформаторов СТР-1000 автоматов с регуляторами напря­ жения дуги изменение напряжения сети вызывает в основном соот­ ветствующее изменение сварочного тока (см. главу VI). Поэтому в данном случае на вход релейной схемы подается сигнал, пропор­ циональный току дуги. Катушка реле РНТ подключается через потенциометр ко вторичной обмотке трансформатора тока 7Т, включаемого в цепь первичной или вторичной обмотки трансформа­ тора СТР-1000 (фиг. 90, а).'Заданный ток, который должен автома­ тически поддерживаться при изменении напряжения сети, настраи­ вается путем соответствующей установки движка сопротивления потенциометра Р 2- Если при изменении напряжения сети сварочный ток станет больше заданного, то реле РНТ сработает и замкнет нормально открытый контакт РНТ-1 в цепи управления первой муфты 1ЭМ. Соответствующий двигатель привода начнет перемещать

подвижную катушку в сторону увеличения расстояния между обмот­ ками.

Сварочный ток будет уменьшаться до тех пор, пока не достигнет Заданного значения. В этот момент цепь муфты 1ЭМ разомкнется, а цепь муфты 2ЭМ не будет замкнута, так как контакты реле будут находиться в нейтральном положении. Перемещение катушки пре­ кратится. Если ток станет меньше заданного, реле РНТ замкнет контакты РНТ-2 в цепи второй муфты 2ЭМ. В этом случае второй двигатель начнет сближать обмотки трансформатора, благодаря чему сварочный ток возрастет до заданной величины.

При питании от трансформатора СТР-1000 автоматов с незави­ симой скоростью подачи электродной проволоки изменение напря­ жения сети вызывает соответствующее изменение напряжения дуги. Принцип работы схемы управления не меняется, но в этом случае реле РНТ должно реагировать на отклонение напряжения дуги, для чего его катушка подключается через потенциометр Ri параллельно к дуге (фиг. 90, б). Настройка заданного напряжения дуги произво­ дится, как и в предыдущем случае, перемещением движка потенцио­ метра 7?i. Реостаты настройки заданного режима сдвоены и разме­ щены на панели, укрепленной на каркасе кожуха трансформатора. Общая рукоятка движков, указатель и шкала настройки заданного режима расположены снаружи на кожухе. Благодаря этому возможна предварительная настройка заданного тока или напряжения дуги. Схема управления питается от понижающего трансформа­ тора ТС-0,25/36 на 220/36 или 380/36 в.

Заданные значения тока или напряжения дуги в трансформато­ рах СТР-1000 поддерживаются автоматически с точностью до 3—5%. Для того чтобы схема управления не работала при случайных обрывах или коротком замыкании дуги, в схеме предусмотрены также два реле напряжения и тока, которые в таких случаях раз­ мыкают цепь электромагнитных муфт.

Указанная схема автоматического управления может быть выклю­ чена путем снятия перемычки П (фиг. 90). В этом случае трансфор­ матор СТР-1000 будет работать, как обычный трансформатор с регу­ лируемой индуктивностью. Для дистанционного управления пере­ мещением подвижной катушки на кожухе размещена двухкнопочная станция, включающая оба двигателя и соответствующую муфту привода.

Подвижная катушка снабжена отдельным указателем, переме­ щающимся по шкале в прорези кожуха, что позволяет в случае дистанционного управления при помощи кнопок предварительно установить требуемый сварочный ток.

На каркасе трансформатора СТР-1000 установлены силовой кон­ тактор и панель, на которой смонтирована аппаратура схемы управ­ ления трансформатора и сварочного автомата. Трансформа­ тор СТР-1000 снабжен вентилятором для принудительного воздуш­ ного охлаждения.

12 Рабинович 22

Фиг. 91. Внешние характеристики транс­ форматора СТР-1000:
/ — подвижная обмотка в крайнем верхнем положении; 2 — подвижная обмотка в среднем положении; 3 — подвижная обмотка в крайнем нижнем положении.

Внешние характеристики трансформатора СТР-1000 для трех положений подвижной обмотки приведены на фиг. 91.

Трансформатор СТР-ЮОО-П (фиг. 92) по конструкции сердечника, принципу действия и основным параметрам аналогичен трансфор­ матору СТР-1000. Отличием его является оригинальное устройство для автоматического поддержания тока дуги при изменении напря­

жения сети. Подвижная первичная обмотка

4 жестко укреплена

на трубчатом штоке 5, который

может свободно

перемещаться

в вертикальном

направлении.

К нижнему концу штока при­

креплен

колокол-поплавок 9,

погруженный в бак с маслом 11, расположенный в нижней части кожуха трансформатора.

Электромагнитная сила F, действующая на подвижную обмотку и отталкивающая ее от неподвижной обмотки (фиг. 93),

пропорциональна

квадрату то­

ка. Величина силы F практи-

0 200 400 600 800 woo 1200 1400 1600/ а чески не зависит

от расстоя-

ния между обмотками, т._е.

F к Л

где kB— коэффициент пропор­ циональности.

Подвижная обмотка будет находиться в равновесии при условии равенства электромагнитной силы F полному приведенному весу, G подвижной системы (обмотка и все связанные с ней детали): F = G .

Следовательно, при заданном весе G равновесие наступит при определенном заданном значении тока:

'•-/I*

В случае отклонения тока от заданного значения равновесие нарушается, и подвижная система начнет перемещаться, вследствие чего будет изменяться расстояние между обмотками. При этом индуктивность рассеяния и сварочный ток будут изменяться так, что равновесие наступит при прежнем заданном значении тока, по при новом значении расстояния между обмотками /0.

Так, например, в случае снижения напряжения сети ток при сварке на автоматах с регуляторами напряжения дуги уменьшается. В первый момент времени электромагнитная сила F уменьшится и, следовательно, вес подвижной системы G станет больше силы F. Подвижная обмотка начнет опускаться, и расстояние между обмот

ками уменьшится. Вследствие этого индуктивное сопротивление трансформатора будет уменьшаться, а ток возрастет. Когда ток достигнет заданного значения, наступит новое положение равнове­ сия, и режим сварки будет

восстановлен.

При повышении напряже­ ния сети и соответствующем увеличении тока, наоборот, электромагнитная сила F станет больше веса G (/7>G), что приведет к подъему по­ движной обмотки и, следова­ тельно к автоматическому снижению тока до заданного значения.1

F./2

 

 

 

 

 

 

$'2

1

 

 

 

 

 

 

V?

 

 

 

 

 

 

Я

(

 

 

 

 

 

 

 

Фиг.

92.

Общий

вид трансформатора

Фиг. 93. Схема сил, действую­

 

 

СТР-1000-П:

 

щих на подвижную обмотку

1 — сердечн ик; 2 — вентилятор; 3—выводы пер­

трансформатора СТР-1000-П.

вичной

обмотки; 4 — подвижная

первичная

 

 

 

обмотка; 5 — подвижной шток; 6— неподвижная

Таким образом, в транс­

вторичная

обмотка;

7 — выводы

вторичной

обмотки; 8 — кран воздухопровода;

9 — попла-

 

во к; 10 — воздух; 11 — масло.

форматорах

СТР-1000-П при

в пределах

 

 

 

изменении

напряжения

сети

от + 5 до —15% од номинального значения

авто­

матически

поддерживается

заданный

ток.

 

 

Поплавок, погруженный в масло, служит успокоителем вибраций подвижной системы, возникающих при кратковременных периоди­ ческих колебаниях режима сварки или под действием пульсирующих сил F.

Настройка заданного значения сварочного тока производится путем компенсации части веса подвижных частей. Степень компенса­ ции веса регулируется путем изменения объема воздуха под колоко­ лом, погруженным в масло. Пространство (фиг. 92) под колоколом при помощи трехходового крана, расположенного на передней стенке кожуха, сообщается либо с сетью сжатого воздуха, либо

с атмосферой. Чем больше объем воздуха под колоколом, тем больше компенсируется вес подвижной системы,, т. е. тем меньше заданное значение тока.

Таким образом, процесс настройки тока в трансформаторе СТР-ЮОО-П состоит в следующем (фиг. 92). Поплавок полностью заполняется воздухом, и подвижная система поднимается вверх. Сварочная цепь закорачивается. Затем при помощи трехходового крана выпускают воздух из-под поплавка, т. е. увеличивают ток до тех пор, пока амперметр не покажет заданное значение тока. После этого закрывают кран. В трансформаторе СТР-ЮОО-П нет указателя устанавливаемого тока. Поэтому предварительную на­ стройку тока можно производить лишь при коротко замкнутой сва­ рочной цепи, как было описано выше. Время настройки, т. е. время заполнения и выпуска воздуха из-под поплавка, сравнительно велико, что мало удобно в эксплуатации.

Как было указано в первом разделе, автоматы с независимой скоростью подачи электродной проволоки основаны на принципе саморегулирования дуги. Саморегулирование дуги является резуль­ татом изменения скорости плавления электрода в основном вследствие изменения сварочного тока. Трансформатор СТР-ЮОО-П поддер­ живает сварочный ток неизменным, что замедляет саморегулирова­ ние дуги и делает процесс сварки неустойчивым. Поэтому трансфор­ маторы СТР-ЮОО-П не могут быть использованы в большинстве случаев для питания автоматов с независимой скоростью подачи электродной проволоки. Эти трансформаторы предназначены в основ­ ном для автоматов с регуляторами напряжения дуги, для работы которых саморегулирование дуги не имеет существенного значения. Только при повышенной плотности тока в электроде, когда на ско­ рость плавления, т. е. на процесс саморегулирования, существенное влияние начинает оказывать также изменение напряжения дуги, трансформатор СТР-ЮОО-П может быть использован для питания автоматов с независимой (постоянной) скоростью подачи электродной проволоки.

Трансформаторы типа СТР — сложнее в изготовлении, а габа­ ритные размеры, вес и расход активных материалов в них больше, чем у трансформаторов ТСД (см. табл. 5). Достоинством трансформа­ торов СТР является устройство для автоматического поддержания постоянства режима сварки и бесшумная и надежная работа регу­ лирующего устройства.

Сварочные трансформаторы с подвижными обмотками широко применяются в зарубежной технике. Выпускаемые американском фирмой Дженерал Электрик Компани (GEC-General Electric Company) трансформаторы для ручной дуговой сварки имеют подвижную первичную обмотку, перемещаемую вручную при помощи винтового механизма.

Новая серия сварочных трансформаторов этой фирмы па 300, 400 и 500 а (выпуск 1955 г.) имеет броневой сердечник и регу

лирующее устройство, аналогичные изображенным на схеме фиг. 86. В трансформаторах этой серии применяются облегченные алюми­ ниевые обмотки с кремнийорганической термостойкой изоляцией, что повышает использование активных материалов и снижает вес трансформатора. Для уменьшения вибраций применено специальное крепление подвижной обмотки с демпфирующим устройством в виде эластичной резиновой прокладки.

Регулирование режима в трансформаторах Дженерал Электрик комбинированное: плавное — путем перемещения подвижной обмотки, и двухступенчатое — при помощи секционирования вторичной об­ мотки. Благодаря этому кратность регулирования тока достигает 8— 10. Напряжение холостого хода на первой ступени (малые токи) 75 в, на второй ступени 65 в. Для облегчения зажигания и стабили­ зации дуги при малых токах (нижний предел регулирования) транс­ форматоры могут снабжаться специальным устройством для авто­ матической форсировки сварочного тока при коротком замыкании. Благодаря этому устройству в момент касания электрода с деталью уменьшается сопротивление сварочной цепи и значительно увели­ чивается ток короткого замыкания по сравнению с рабочим током (в 3—4 раза). Форсировка тока длится около 0,25 сек., что вполне достаточно для усиления нагрева торца электрода и детали в месте контакта. После зажигания дуги автоматическое устройство выклю­ чается и ток снижается до нормальной величины, заданной на­ стройкой трансформатора.

Охлаждение трансформаторов естественное, воздушное. Трансформаторы на 400 и 500 а могут снабжаться конденсаторами

для повышения коэффициента мощности и снижения тока, потреб­ ляемого из силовой питающей сети.