Принцип работы сварочного трансформатора

Основные свойства сварочных инверторов

В последнее время (начиная примерно с начала 80-х годов двадцатого века) все большее распространение получают сварочные инверторные источники питания. Основным блоком такого выпрямителя является инвертор – устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное.

Сварочный инвертор работает следующим образом. Сетевой выпрямительный блок преобразует переменное напряжение сети в постоянное. Затем это выпрямленное напряжение преобразуется с помощью инвертора в однофазное переменное высокой частоты (до 50 кГц и выше). Далее напряжение понижается трансформатором, вновь выпрямляется, сглаживается и подается на дугу. Благодаря тому, что на выходе инвертора напряжение имеет высокую частоту, размеры и вес трансформатора может быть резко снижен, так как эффективность трансформации повышается с частотой переменного тока. При этом также снижается длина провода первичной и вторичной обмоток. На рисунке ниже это показано на примере трансформатора мощностью 20 кВт: в одном случае трансформатор рассчитан на работу при частоте 50 Гц, а в другом — 50 кГц

Благодаря малому весу и размерам понижающего трансформатора инверторные источники питания также оказываются небольшими по габаритам и легкими, что, собственно говоря, и являются основным достоинством этих источников. Их рекомендуют использовать в тех случаях, где имеют значение малые масса и габариты – при сварке на монтаже, в быту, на ремонтных работах.

Другим достоинством является их универсальность, так как их внешние вольт-амперные характеристики могут быть любой формы, поскольку формируются искусственно с помощью системы управления с использованием обратных связей по току и напряжению (т.е. в реальном масштабе времени).

Благодаря своим высоким динамическим свойствам (т.е. высокому быстродействию) и возможности управления параметрами сварки в реальном масштабе времени эти источники питания обладают лучшими сварочными свойствами по сравнению с другими типами источников питания, а также часто наделяются дополнительными функциями, которые способствуют улучшению процесса сварки, такими как дистанционное управление, мягкий старт и др.

Схема

Сварочный аппарат ТД 500 отличается простотой конструкцией. Понижающая характеристика образуется путем высокого индуктивного рассеяния, образуемого установкой первичной и вторичной обмоток (ОП и ОВ соответственно) по оси сердечника.

Плавность регулировки поставляемого тока производится приближением либо удалением ОВ от ОП. Помимо того, возможно управление током перекидыванием обвивки, при этом образуется два интервала регулировки:

  1. При установке I интервала (низкие токи) выполняется последовательное подключение катушек. Некоторая группа витков ОП отсоединяется, что приводит к увеличению напряжения холостого хода на контактах ОВ до 76 В. Таким образом добиваются устойчивости дуги на низких токах.
  2. Во II интервале (большие токи) реализовано параллельное соединение катушек. На контактах холостого хода происходит снижение напряжения ОВ до 60 В.

Интервалы изменяются посредством барабанного переключателя с отведенной на крышку корпуса ручкой. Секторный токоуказывающий механизм зафиксирован на сердечнике под крышкой и соединен посредством рычага с подвижной обвивкой.

Определение тока выполняется по специальной шкале через смотровое стекло кожуха. Градация шкалы выполнена для обоих диапазонов сварочного тока при номинальном напряжении сети и при напряжении на выходных контактах вторичной цепи при сварке, равном 30 В.

Емкость-фильтр оборудования образуется из конденсаторов С, снижающих образующиеся при производстве работ радиопомехи. Также функцией фильтров является увеличение мощности.

На какие параметры сварочных инверторов обращать внимание

Чтобы выбрать сварочный инвертор для дома, следует изучить характеристики предлагаемых устройств. Основными среди них являются следующие.

Сварочный ток или мощность сварочного инвертора. Его значение, измеряемое в Амперах (А), определяет способность аппарата работать при больших нагрузках без срабатывания защиты от перегрева. Рекомендуется для надежности выбирать аппарат инвертор с запасом по току – не менее 20%

Это важно для работы на сетях с пониженным напряжением.
Продолжительность нагрузки: указывает на возможности аппарата работать в повторном режиме.
Диапазон напряжения электросети: для работы на даче, где возможны значительные отклонения напряжения от номинального, выбираем прибор, который может работать как с пониженным, так и во время скачков напряжения.
Наличие дополнительных функций, таких как: стабилизация дуги (ARC FORCE), горячий старт (HOT START) – делает зажигание дуги более легким за счет кратковременного увеличения тока, антиприлипание (ANTI STICK) – автоматически снижает ток при залипании электрода.

Принцип действия инвертора основан на многократном преобразовании электрического тока. В то время, когда производится сварка, происходят следующие процессы:

  • выпрямление и сглаживание переменного тока с помощью диодного моста (фильтра);
  • преобразование постоянного тока в высокочастотный (400 Гц) переменный ток;
  • увеличение тока до максимальных рабочих значений одновременно со снижением напряжения;
  • выпрямление тока.

Ниже приведена электрическая схема устройства.

Указанные преобразования производятся с помощью сетевого фильтра, частотных преобразователей и мощных диодных мостов (выпрямителей). В результате даже простой сварочный инвертор способен плавить сталь и другие металлы. Благодаря применяемым технологиям универсальный сварочный инвертор имеет небольшие размеры и вес, что позволяет выполнять сварочные работы в труднодоступных местах, облегчает транспортировку устройства.

Классификация сварочных трансформаторов

Разделение на виды сварочных трансформаторов происходит исходя из типа сварки и управления фазами. Первый признак выделяет устройства для ручной дуговой сварки и автоматической, с применением флюса. Второй получил более внушительную классификацию, которая выглядит следующим образом:

  1. Устройства со стандартным магнитным рассеянием амплитудной регулировки (присутствует дроссель с воздушным промежутком или насыщения);
  2. Приборы с повышенным магнитным рассеиванием (содержат подвижные разнесенные обмотки, намагниченные конденсаторы, импульсные выпрямители);
  3. Тиристорные (содержат импульсивные выпрямители или подпитку).

Мы рассмотрели общую классификацию сварочных трансформаторов переменного тока, которая является лишь поверхностной. Для более точного понимания существующих моделей устройств, следует разобраться в трансформаторах, отличающихся друг от друга преимущественно фазовым управлением.

Устройства, работающие на переменном токе с синусоидальным управлением сварочного процесса делают это за счет изменения сопротивления или переключения тока холостого хода. При это удается без изменений передать синусоидальную форму входного тока сварки трансформаторной.

Тороидальный трансформатор считается одним из наиболее интересных по своей конструкции. Его особенность состоит в том, что большая часть устройств собирается по схеме, аналогичной буквам Ш или П, а этот повторяет форму бублика. Благодаря такой компоновке удалось снизить размеры прибора, при этом получив больше мощности из текущего объема механизма. Конкурировать с ним может только трехфазный трансформатор с системой ступенчатого понижения тремя однофазными приборами. Этот является наиболее компактным и удобным в управлении, среди существующих ныне на рынке моделей.

Все сказанное выше относится к переменному току, но стоит упомянуть и трансформаторы постоянного тока, точнее аппараты, имеющие в своей конструкции выпрямитель переменного тока в постоянный. Они более удобны, выдают стабильную дугу, однако для работы с ними требуется определенная специализация.

Подобные механизмы редки в использовании из-за сложного принципа работы, который не только утяжеляет сам аппарат, но и делает его чрезмерно дорогим. Благодаря доступности работ с цветным металлом и нержавейкой трансформаторы постоянного тока, чаще всего, используются на мелких и крупных предприятиях, для обработки редких металлов. Не стоит забывать и то, что они требуют особых электродов, поэтому их бытовое применение практически исключено. Сравнивая две модели для переменного и постоянного тока, первую следует выбирать для личных нужд, а второй вариант лучше подойдет для ответственных работ в сфере сварочных услуг.

Напряжение — холостой ход — сварочный трансформатор

Напряжение холостого хода сварочного трансформатора снижается при отключении электрододержа-теля от сварочного трансформатора и подаче на электрод от трансформатора питания дежурного напряжения не более 12 В.

Напряжение холостого хода сварочного трансформатора снижается при отключении электрододержателя от сварочного трансформатора и подаче на электрод от трансформатора питания дежурного напряжения не более 12 В.

Напряжение холостого хода сварочного трансформатора и генератора для ручной сварки не должно превышать 75 — 8О В.

Для проверки напряжения холостого хода сварочного трансформатора нажимают кнопку Сх Стоп 1, а затем кнопку ПА Пуск автомата, которая через реле ПР включает линейный контактор / СЛ, подключающий сварочный трансформатор к силовой сети. Нажатая кнопка Сг предотвращает включение при помощи реле РДК цепей опускания электродов и регулятора силы тока в изделии. Отключение нужно производить следующим образом. Сначала отпускают кнопку ПА и только затем кнопку d — Иначе возбудится дуговой процесс и начнется сварка.

Принципиальная схема устройства защиты человека от поражения.

Блок снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов БСНТ-08У2 предназначен для повышения электробезопасности при дуговой сварке штучными электродами, резке и наплавке металлов от однофазных сварочных трансформаторов.

Устройство снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов УСНТ-06У2, разработанное ВНИИЭСО и выпускаемое Симферопольским электромашиностроительным заводом, служит для повышения электробезопасности при сварке, резке и наплавке металлов от однофазных сварочных трансформаторов.

Устройство снижения напряжения холостого хода сварочных трансформаторов УСНТ-06У2, разработанное ВНИИЭСО и выпускаемое Симферопольским электромашиностроительным заводом, служит для повышения электробезопасности при сварке, резке и наплавке металлов от однофазных сварочных трансформаторов и рассчитано для работы в открытых помещениях ( под навесом, в кузовах, палатках, кожухах и др.) в условиях умеренного климата при высоте над уровнем моря не более 1000 м, температуре окружающего воздуха от — 45 до 45 С и относительной влажности воздуха не более 80 % при температуре 20 С.

При электросварочных работах напряжение холостого хода сварочных трансформаторов для ручной и полуавтоматической сварки не должно превышать 75 В, а для автоматической — 80 В. Однако при проведении сварочных работ внутри металлических аппаратов, резервуаров и в особо сырых помещениях, колодцах, тоннелях это напряжение, особенно во время смены электродов, может оказаться опасным. Для защиты сварщика в таких условиях применяют электросварочные установки с электрической блокировкой, обеспечивающей автоматическое включение и выключение цепи или понижение напряжения в цепи до 12 В.

При электросварочных работах напряжение холостого хода сварочного трансформатора для ручной и полуавтоматической сварки не должно превышать 75 В, а для автоматической 80 В. Однако при проведении сварочных работ внутри металлических аппаратов, резервуаров и в особо сырых помещениях, колодцах, тоннелях это напряжение, особенно во время смены Электродов, может оказаться опасным.

Для предупреждения электротравматизма напряжение холостого хода сварочного трансформатора для ручной и полуавтоматической сварки не должно превышать 75 В, а для автоматической — 80 В. Напряжение сварочного генератора также установлено не свыше 80 В. Напряжение, проводимое к электродам или зажимам контактной сварки, должно быть не более 36 В.

Кривые напряжения источников тока / и 2 и напряжения дуги переменного тока 3 и 4.

Величина времени / зависит от напряжения холостого хода сварочного трансформатора.

Устройство УСНТ-06У2 обеспечивает автоматическое понижение напряжения холостого хода сварочного трансформатора до безопасной величины ( не более 12В) за время не более 1 с после обрыва дуги и подачу полного вторичного напряжения трансформатора после кратковременного замыкания электрода на изделие.

Устройство УСНТ-06У2 обеспечивает автоматическое понижение напряжения холостого хода сварочного трансформатора до безопасной величины ( не более 12 В), по истечении времени не более 1 с.

Особенности выбора и использования электродов

Электроды для такой сварки должны иметь форму и размер, которые обеспечат его доступ к рабочему месту. Кроме того, электроды должны быть приспособлены для простой и надежной установки в сварочной машине и иметь высокую стойкость к износу. Самая простая конструкция электрода для точечной сварки – прямая. Их производят в соответствии с требованиями ГОСТ 14111-69. Для их производства применяют различные сплавы на основе меди.

Электрод для конденсаторной сварки

Например, при сварке разных металлов электроды должны обладать низкой электропроводностью. Но если, из металла такого типа изготовить весь электрод, то он будет достаточно быстро нагреваться. В таком случае его необходимо выполнять из двух частей. Одну из меди, а другую из материала, который приспособлен для выполнения необходимой операции.

Прежде чем рассматривать варианты самодельных сварочников, разберем принцип их работы

В основе работы любого агрегата лежит закон Ома. При неизменной мощности, имеется обратная зависимость между током и напряжением. Для нормальной работы требуется сила тока 60–150 А. Только в этом случае металл в зоне сварки будет плавиться. Представим себе сварочный аппарат, который работает напрямую с напряжением 220 вольт. Для достижения требуемой силы тока, потребуется мощность 15–30 кВт. Во-первых, для этого надо будет прокладывать отдельную линию энергоснабжения: большинство вводов в жилые помещения ограничены техническими условиями на уровне 5–10 кВт. Кроме того, для такой силы тока потребуется проводка сечением не менее 30 мм². Варить придется с соблюдением мер защиты при работе в электроустановках до 1000 вольт: резиновые боты, перчатки, ограждение рабочего места, и прочее.

Разумеется, обеспечить такие условия в реальности невозможно.

Поэтому любой сварочный аппарат преобразует напряжение (в сторону понижения): на выходе получаем искомый ток при сохранении разумной мощности.

Оптимальное значение напряжения — 60 вольт. При сварочном токе 100 А, это вполне приемлемые 6 кВт мощности. Как преобразовать напряжение?

Схема сварочного трансформатора и ее модификации

Аппаратура для сварки состоит из:

  • трансформатора;
  • приборы для изменения размера тока.

Для розжига и поддержания дуги необходимо обеспечить наличие индуктивного сопротивления второй обмотки. Подъем индуктивного сопротивления ведет к тому, что изменяется наклон статистических параметров источника энергии. В результате приводит к постоянству всей системы «источник тока – дуга».

Электрическая схема сварочного трансформатора типа ТДМ

У сварочных аппаратов, работающих под нагрузкой, количество мощности в разы больше, чем потери, которые они несут при работе в холостую.

Сварочная аппаратура с шунтом

Настройка рассеивания магнитного поля осуществляется переменой геометрических параметров пространства между составными частями магнитопровода. В виду того, что магнитная проницаемость железа выше чем у воздуха то придвижении шунта изменяется сопротивление потока, который проходит по воздуху. Если шунт введен целиком, то индуктивное сопротивление определяется, зазорами между ним и элементами магнитопровода.

Сварочная аппаратура с шунтом

Сварочные трансформаторы с секционными обмотками

Такая аппаратура производилось в ХХ века для решения производственных и бытовых задач. В них реализовано несколько степеней настройки количества витков в обеих катушках.

Секционная обмотка трансформатора

Тиристорные сварочные трансформаторы

Для настройки напряжения и тока применяют фазовый сдвиг тиристора. При этом происходит изменение среднего значения напряжения.

Для работы однофазной сети нужны два тиристора, включенных навстречу друг другу. Причем их настройка должно быть синхронной и симметричной. Трансформаторы на основании полупроводников (тиристоров) обладают жесткой статической характеристикой. Ее регулировка производится по напряжению при помощи тиристоров.

В схемах с постоянным током для закрытия тиристоров применяют резонансные схемы. Но это сложно, дорого и накладывает определенные сложности на возможность регулирования.

Тиристорные сварочные трансформаторы

В полупроводниковых трансформаторах тиристоры монтируют в первой обмотке, тому есть две причины:

  1. Вторичные токи в сварочных источниках значительно больше, чем предельный ток тиристоров, он достигает 800 А.
  2. Высокий КПД так как потери на падении напряжения в открытых вентилях в первой обмотке в отношении рабочего ниже в несколько раз.

В современных устройствах используют обмотки из алюминия, для повышения надежности конструкции к ним на концах приварены медные накладки.

Как работает сварочный трансформатор?

Основная задача устройства – преобразовать высокое входящее напряжение в низкое, оптимальное для работы. Это свойство дает возможность увеличить силу тока в обмотке, и как следствие происходит плавление металла.

Трансформаторная сварка производится поэтапно:

  • ток попадает на первичную обмотку высоковольтного напряжения, затем возникает магнитное поле переменного характера;
  • магнитный поток попадает в сердечник, который передает его на вторую обмотку, минимизируя индукционные потери;
  • магнитная индукция создает электродвижущую силу, вращая электроны металла, возникает постоянный электрический ток;
  • из-за большего количество витков во вторичной намотке, напряжение падает, а сила тока повышается;
  • во время замыкания металла с электродом создается равномерная электрическая дуга, которая переносит частички металла на свариваемые детали.

Во время работы сварочный агрегат находится под постоянной нагрузкой. Но его преимущество заключается в возможности работы в режиме холостого хода.

В процессе сваривания деталей под напряжением происходит замыкание между заготовкой и электродом, образуется сварочный шов. Металлические изделия соединяются, благодаря электричеству.

После образования шва цепь размыкается. Оборудование переходит в режим ожидания (холостой ход).

Электродвижущие силы замыкаются в воздушных зазорах между витками. Именно они создают напряжение холостого хода. Такая работа аппарата считается безопасной. Показатели холостого хода достигают 48-70 Вольт. Они не должны превышать допустимые нормы.

В таких случаях применяют ограничители, которые автоматически срабатывают по окончанию процесса сварки. Для безопасной работы оборудование должно быть оснащено заземлением.

На этом видео показан принцип работы трансформатора:

Аварийный режим

Трансформатор находится в аварийном режиме, если на него воздействует электрический ток, который сильно превосходит номинальные величины. Дальше давать работать оборудованию нельзя. Как правило, в трансформаторах существуют автоматические выключатели. Они отключают питание оборудования.

Признаки аварийного режима:

  • громкий и неритмичный шум и треск в баке трансформатора;
  • повышение температуры рабочей части трансформатора;
  • утечка трансформаторного масла.

Часто аварийный режим возникает из-за короткого замыкания во вторичной обмотке. Исключение – трансформаторы тока и сварочные трансформаторы. Для них режим короткого замыкания является рабочим.

Напряжение во время короткого замыкания (КЗ) – это еще и важный показатель, который влияет на эксплуатацию трансформатора. Его измеряют в процентах. Для трансформаторов со средним показателем мощности напряжение КЗ составляет 5-7%, а для более мощных – 6-12 %.

Важно не допускать работы трансформатора в аварийном режиме вообще и ограничивать его перегрузки. В этом случае оборудование прослужит вам заявленный производителем срок

Рейтинг лучших сварочных инверторов

Инструменты для сварки продаются как на зарубежном рынке, так и на отечественном. Российские оборудования не менее качественные и надежные. Ниже приведены примеры одних из лучших сварочных конструкций. На основе этого получится разобраться, что лучше: сварочный трансформатор или инвертор.


Напряжение в сварочном инверторе.

Одними из самых лучших сварочных аппаратов являются Форсаж, Зубр, Луч Профи, Сварог и другие:

  1. Зубр.
    Инструмент применяется в повседневных сварочных работах. Эксплуатация происходит с помощью электродов в диаметре 1,5-5 миллиметров. В комплекте идет кейс, усиленный кабель. Есть возможность подключить аппарат к генератору, имеющего мощность в 4 кВт.
  2. Искра.
    Бюджетный вариант инверторов для сварки, однако, не менее качественный. Обладает микропроцессорным управлением и функцией VRD, благодаря чему снижается напряжение в холостом ходу вовремя простоя. Весит небольшое количество килограмм, компактный, за счет чего удастся проводить сварочные работы на большой высоте либо в ограниченном пространстве. Является лучшим вариантом согласно цене-качестве-безопасности.
  3. Луч профи.
    Оборудование предназначено для использования в домашних условиях, не требует просадки сети в 220 вольт, выдерживает резкие перепады напряжения.
Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector