Потребительские трансформаторные подстанции. Электрическая сварка. Электродуговое сварочное оборудование

Сварочные аппараты с  отдельным дросселем (рис. 1) состоят из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора тока). Трансформатор Тр имеет сердечник (магнитопровод) 2 из пластин, отштампованных из тонкой трансформаторной стали толщиной 0,5 мм. На сердечнике расположены первичная / и вторичная 3 обмотки. Первичная обмотка из изолированной проволоки подключается к сети переменного тока напряжением 220 или 380 В. Во вторичной обмотке, изготовленной из медной шины, индуцируется напряжение 60...70 В. Небольшое магнитное рассеивание и малое омическое сопротивление обмоток обеспечивают незначительное внутреннее падение напряжения и высокий к. п. д. трансформатора. Последовательно с вторичной обмоткой в сварочную цепь включена обмотка 4 (из голой мерной шины) дросселя Др. Обмотка имеет асбестовые прокладки, пропитанные теплостойким лаком. Сердечник дросселя также набран из пластин тонкой трансформаторной стали и состоит из двух частей: неподвижной 5, на которой расположена обмотка дросселя, и подвижной 6, перемещаемой с помощью винтовой пары 7. При вращении рукоятки по часовой стрелке воздушный зазор а увеличивается, против часовой стрелки - уменьшается.

При возбуждении дуги (при коротком замыкании) большой ток, проходя  через обмотку дросселя, создает  мощный магнитный поток, наводящий  э. д. с. дросселя, направленную против напряжения трансформатора. Вторичное  напряжение, развиваемое трансформатором, полностью поглощается падением напряжения в дросселе. Напряжение в сварочной цепи почти достигает нулевого значения.

 

Рис. 1        Рис. 2

 

При возникновении дуги сварочный  ток уменьшается; вслед за ним уменьшается э. д. с. самоиндукции дросселя, направленная против напряжения трансформатора, и в сварочной цепи устанавливается рабочее напряжение, необходимое для устойчивого горения дуги, меньшее, чем напряжение холостого хода. Изменяя зазор а между Неподвижным, и подвижным магнитопроводами, изменяют индуктивное сопротивление дросселя и тем самым ток в сварочной цепи. При увеличении зазора магнитное сопротивление магнитопровода дросселя увеличивается, магнитный поток ослабляется, уменьшается э. д. с. самоиндукции катушки и ее индуктивное сопротивление. Это приводит к возрастанию сварочного тока. При уменьшении зазора сварочный ток уменьшается. Один оборот рукоятки винтовой пары изменяет сварочный ток примерно на 20 А. По этой схеме изготовлены сварочные трансформаторы типа СТЭ. Трансформаторы СТЭ-24-У и СТЭ-34-У не сложны по устройству и безопасны в работе и поэтому их широко применяют при ручной дуговой сварке.

На  рис. 2 представлен трансформатор  СТЭ-34 с регулятором (дросселем) РСТЭ-34.

Трансформатор и регулятор 2 заключены в отдельные кожухи из тонкой листовой стали с жалюзи для естественного охлаждения и установлены на колесики для перемещения. Первичная обмотка из изолированной проволоки размешена на двух. катушках. Для включения трансформатора в сеть с напряжением 220 В обмотки катушек соединяют параллельно, а Для сети напряжением 380 В - последовательно. Вторичная обмотка из голой медной шины расположена поверх первичной обмотки на тех же катушках. При этом вторичная обмотка соединена всегда последовательно. На торцовой стенке Кожуха на клеммовой доске расположены выводы первичной обмотки, на Другой торцовой стенке - выводы вторичной обмотки.

 

     

Рис. 3    Рис.4

 

Сварочные аппараты со встроенным дросселем (рис.3) имеют электромагнитную схему, разработанную акад.В.П. Никитиным. Магнитопровод трансформатора состоит из основного сердечника 1, на котором расположены первичная 2 и вторичная 6 обмотки собственно трансформатора, и добавочного сердечника 4 с обмоткой 5 дросселя (регулятора тока). Добавочный магнитопровод расположен над основным и состоит из неподвижной и подвижной частей, между которыми с помощью винтовой пары 3 устанавливается необходимый воздушный зазор а. Магнитный поток, создаваемый обмоткой дросселя, может иметь попутное или встречное направление с потоком, создаваемым вторичной обмоткой трансформатора, в зависимости от того, как включены эти обмотки.

При встречном соединении магнитные  потоки, возникающие при прохождении  тока во вторичной обмотке трансформатора Фт и обмотке дросселя Фд, будут направлены навстречу друг другу. При этом напряжение холостого хода Uхх = Uтх-Uдх, где Uтх - напряжение во вторичной обмотке трансформатора, В; Uдх - напряжение в обмотке дросселя, В. При попутном включении магнитные потоки Фт и Фд будут иметь одинаковое направление и напряжение холостого хода Uхх=Uтх+Uдх.

Сварочный ток регулируют, изменяя  воздушный зазор а; чем больше зазор а, тем больше сварочный ток.

Сварочный аппарат СТН-500, представленный на рис.4, предназначен для ручной дуговой сварки. Здесь применено встречное включение вторичной обмотки трансформатора и обмотки дросселя. Обмотки трансформатора размещены на двух катушках для включения в сеть с напряжением 220 и 380 В. Сварочный ток регулируют вращением рукоятки, как и в регуляторе типа РСТЭ. На торцах кожуха сварочного аппарата установлены клеммовые доски, к которым выведены с одной стороны концы первичной обмотки, а с другой - один конец вторичной обмотки и один конец обмотки дросселя. Для облегчения перемещения аппарат устанавливают на тележку. Сварочные аппараты СТН-500-1 отличаются от СТН-500 тем, что имеют алюминиевые обмотки. Сварочные аппараты ТСД, применяемые главным образом при автоматической сварке, имеют дистанционное управление регулированием сварочного тока. Подвижная часть сердечника перемещается с помощью червячной передачи от электродвигателя, управляемого двумя магнитными пускателями. При включении одного из них сварочный ток возрастает, при включении другого - уменьшается. Для охлаждения аппарата установлен вентилятор с электродвигателем трехфазного тока мощностью 0,25 кВт.

 

 

Рис. 5

Сварочные аппараты с  увеличенным магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом (рис. 5) имеют целый замкнутый магнитопровод, у которого на одном стержне расположены первичная 4 и вторичная 3 обмотки трансформатора, а на другом - реактивная обмотка /. Между ними находится стержень - магнитный шунт '2. Шунт замыкает магнитные потоки, создаваемые первичной и реактивной обмотками. При этом образуются магнитные потоки рассеяния, которые создают значительное индуктивное сопротивление. Таким образом обеспечивается падающая внешняя характеристика трансформатора.

Сварочный ток регулируют, перемещая  магнитный шунт вдоль направления  магнитного потока. При выдвижении шунта рассеяние магнитных потоков  первичной и реактивной обмоток  уменьшается, вследствие чего уменьшается индуктивное сопротивление трансформатора. При этом сварочный ток возрастает. По такому принципу работают сварочные аппараты типа СТАН и СТШ.

Сварочные аппараты типа СТШ имеют  магнитный шунт, состоящий из двух половин, которые могут сдвигаться и раздвигаться. При полностью сдвинутых половинах шунта сварочный ток будет минимальный. Если раздвигать половины шунта, то магнитный поток рассеяния уменьшается и поэтому сварочный ток возрастает. В строительстве и промышленности применяют сварочные аппараты СТШ-300, СТШ-500 и СТШ-500-80. Аппарат СТШ-500-80 отличается от первых двух типов тем, что имеет два диапазона сварочных токов (катушки обмоток могут переключаться с последовательного соединения для малых сварочных токов на параллельное соединение для больших сварочных токов).

Для монтажных работ рекомендуются  аппараты легкого типа СТШ-250 массой 44 кг.

Характеристика сварочных аппаратов  с подвижным магнитным шунтом приведена в табл.1.

Сварочные аппараты с  увеличенным магнитным рассеянием и подвижной обмоткой. Трансформатор имеет магнитопровод, на обоих стержнях которого расположены по две катушки: одна с первичной обмоткой, а вторая - со вторичной обмоткой. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно в нижней части сердечника, а катушки вторичной обмотки перемещаются по стержню с помощью винтовой пары. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичными и вторичными обмотками. При увеличении этого расстояния магнитный поток рассеяния возрастает, а сварочный ток уменьшается.

Таблица 1.

Марка сварочного аппарата	Потребляемая  мощность, кВ·А	Вторичное напряжение, В	Пределы регулирования  сварочного тока, А	Масса, кг
СТШ-250	15,3	61	80...260	44
СТШ-300	20,5	60	110...405	158
СТШ-500	33,0	60	145...650	220
СТШ-500-80	44,5	80	60...800	320

 

Рис.6

 

По этому принципу изготовлены  трансформаторы типа ТС (Рис.6), ТСК и  ТД с алюминиевыми обмотками. Сварочные  аппараты ТСК имеют конденсаторы, которые включены параллельно первичным  обмоткам. Они способствуют повышению коэффициента мощности. Трансформаторы типа ТД имеют два диапазона сварочных токов: большие токи - при параллельном соединении первичных и вторичных обмоток и малые токи - при последовательном их соединении.

Переключение обмоток производится одновременно пакетным переключателем. В каждом диапазоне ток плавно регулируют, изменяя расстояние между катушками первичной и вторичной обмоток. Удобны для работы в условиях строительно-монтажной площадки трансформаторы ТД-304, отличающиеся от ТД-300 наличием устройства в виде дополнительной приставки для дистанционного регулирования сварочного тока. Характеристика сварочных аппаратов с подвижной обмоткой приведена в табл.2.

Для строительно-монтажных работ  очень удобны облегченные переносные сварочные аппараты ТСП-1 и ТСП-2. Они предназначены для сварки коротких швов, прихваток, т.е. при сварке с большими перерывами. Вторичная обмотка трансформатора ТСП-1 секционирована, что позволяет ступенчато регулировать сварочный ток переключением секций с помощью перемычки на броневой доске трансформатора. Масса сварочного аппарата ТСП-1 - 35 кг. Пределы сварочного тока 105...180 А. Масса аппарата ТСП-2 - 63 кг. Номинальный ток - 300 А.

 

 

Трехфазные сварочные  аппараты применяют при сварке трехфазной дугой спаренными электродами. Процесс сварки осуществляется сварочными дугами, которые возбуждаются между каждым электродом и свариваемой деталью и между электродами. Аппарат (рис.7) состоит из трехфазного трансформатора /, регулятора сварочного тока и магнитного контактора 3. Первичная обмотка включается в силовую сеть напряжением 220 В (соединение обмоток в треугольник) или 380 В (соединение обмоток в звезду). Вторичная обмотка имеет по две катушки на каждом стержне и выполнена из голой медной шины. Регулятор сварочного тока состоит из двух дросселей и трех обмоток. Две обмотки 5 и 6 расположены на одном магнитопроводе и подключены к спаренным в едином электрододержателе, но изолированным друг от друга электродам 7 и 8. Третья обмотка 4 расположена на втором магнитопроводе и подключена к свариваемой детали 9. Регулятор вмонтирован в общий корпус и снабжен двумя рукоятками, с помощью которых (изменением воздушных зазоров в магнитопроводах) регулируется сварочный ток. Одной рукояткой регулируют ток одновременно в обеих фазах, подключенных к электродам, а второй рукояткой - в фазе, подсоединенной к изделию.

 

Таблица 2

Тип	Потребляемая  мощность, кВ·А	Вторичное напряжение, В	Пределы регулирования  сварочного тока, А	Масса, кг
ТС-120	12	08	50...160	90
ТС -300	20	63	110...385	180
ТС-500	32	60	165...650	250
ТСК-300	20	63	110...385	215
ТСК-500	32	60	165...650	280
ТД-300	19,4	61 и 79 79	60...400	137
ТД-500	32	60 и 76 76	85... 700	210

 

Магнитный контактор 3 служит для включения цепи спаренных электродов. В начальный момент при возбуждении дуги сварочная цепь замыкается через свариваемую деталь и один из электродов (на рисунке электрод 8). Ток проходит по обмотке 4 регулятора и обмотке 2 контактора. Контактор включает обмотку 5 регулятора. Возникает вторая дуга. При отводе электродов от детали ток в обмотках 4 и 2 прекращается и контактор 3 выключает цепь обмотки 5, гасит дугу между электродами.

Трехфазный сварочный аппарат  ЗСТ конструкции проф.Н.С. Силунова имеет мощность 45 кВ-А, вторичное напряжение - 60 В, сварочный ток - 450 А. Заводом "Электрик" для ручной сварки выпущены трехфазные сварочные аппараты ТТС-400 на 400 А, состоящие из двух спаренных трансформаторов СТН в едином корпусе. Схема питания трехфазной сварочной дуги приведена на рис. 8. Для автоматической сварки заводом "Электрик" выпущены трехфазные сварочные аппараты ТТСД-1000 на 1000 А, состоящие из двух спаренных трансформаторов ТСД-1000-4. Трехфазные сварочные аппараты обеспечивают высокую производительность, экономию электроэнергии (к. п. д. достигает 0,9) и равномерную загрузку фаз сети при высоком коэффициенте мощности (соs φ= 0,8), однако ввиду сложности сварочного оборудования и трудностей при сварке потолочных вертикальных швов применяются ограниченно.

Рис. 9

При необходимости обеспечить большой  сварочный ток и при отсутствии сварочных аппаратов достаточной  мощности можно применять параллельное включение трансформаторов. Схема  такого включения сварочных аппаратов  представлена на рис.9. Для параллельной работы нужно применять трансформаторы с одинаковыми внешними характеристиками и напряжениями первичной и вторичной цепей. Одноименные концы первичных обмоток а соединяют между собой и общие клеммы включают в силовую сеть переменного тока. Одноименные концы вторичной обмотки b также соединены между собой: клеммы 2 подключают к дросселям Др, а клеммы 3 - к детали. Дроссели соединяют между собой также параллельно. Сварочный ток регулируют вращением рукояток дросселей так, чтобы обеспечить равенство нагрузок на трансформаторы. Равенство нагрузок проверяют амперметром.

В некоторых случаях для повышения  устойчивости горения дуги, питаемой переменным током, применяют способ наложения на сварочный ток частотой 50 Гц токов высокой частоты (150...500 кГц) и высокого напряжения (1500...6000 В). Такие меры предпринимают при сварке тонкостенных изделий дугой малой мощности и при сварочном токе 20...40 А, а также при сварке в защитных газах, сварке специальных сталей и некоторых цветных металлов.

Для получения токов высокой  частоты и высокого напряжения применяют осцилляторы, параллельного и последовательного включения. Принципиальная схема осциллятора параллельного включения ОСПЗ-2М и его включения в сварочную цепь показана на рис.10. Осциллятор ОСПЗ-2М включают непосредственно в питающую сеть напряжением 220 В. Он состоит из повышающего (с 220 В до 6000 В) трансформатора ПТ и колебательного контура. Колебательный контур, состоящий из высокочастотного трансформатора ВЧТ, конденсатора С5 и разрядника Р, вырабатывает высокочастотный ток. Контур связан со сварочной цепью индуктивно через трансформатор ВЧТ, выводы вторичной обмотки которого присоединяют: один - к клемме "земля" выводной панели, а другой - ко второй клемме через конденсатор С6 и предохранитель Пр2. Конденсатор С6 препятствует прохождению тока высокого напряжения и низкой частоты в сварочную цепь и служит для защиты сварщика в случае пробоя конденсатора С5. Предохранитель Пр2 выключает осциллятор в случае пробоя конденсатора С6. Для устранения радиопомех в питающей сети осциллятор снабжен фильтром из двух защитных дросселей Др1 и Др2. и четырех конденсаторов С1, С2, С3 и с4. Фильтр защищает цепь питания от токов высокой частоты. Для общей защиты от радиопомех осциллятор имеет экранирующий металлический кожух.