Сварочные трансформаторы настолько широко используются для создания неразъемных соединений в производственных и ремонтных целях, что стали классическим оборудованием.
Виды и устройство сварочных трансформаторов
Сварочный трансформатор — это устройство, используемое для ручной дуговой сварки и других сварочных процессов. В зависимости от модели и технических характеристик существуют бытовые и промышленные типы. Сварочный выпрямитель или трансформатор преобразует сетевой ток в необходимое значение. Аппарат состоит из нескольких основных компонентов. Их взаимодействие создает электрическую дугу. Она расплавляет металл и соединяет детали, образуя сварной шов.
- 1 Конструкция
- 2 Принцип работы
- 3 Составные элементы
- 4 Дополнительные узлы
- 5 Разновидности
- 6 Типы конструкции
- 7 Холостой ход
- 8 На что обращать внимание при выборе?
- 9 Возможные неисправности
Конструкция
Конструкция сварочного трансформатора довольно проста. Многие умельцы способны собрать его самостоятельно. Самый простой вариант сварочного трансформатора работает при подключении к однофазной сети. Он состоит из трех основных элементов:
- магнитопривод (сердечник);
- первичную стационарную обмотку;
- вторичную движущуюся обмотку.
В качестве магнитного привода выступает замкнутый элемент из ферромагнитной стали. Первичная обмотка подключается к сети, а вторичная — к земле и розетке электрода. Сопротивление цепи уменьшается, а электромагнитная связь увеличивается.
Более совершенные конструкции включают реактор и другие дополнительные компоненты.
Устройство сварочного трансформатора
Сварочный трансформатор состоит из следующих основных компонентов и узлов:
Первичная обмотка: используется для подачи тока от источника питания (бытовое или промышленное напряжение, генератор) и становится стабильной,
Вторичная обмотка: в отличие от первичной обмотки, которая изолирована, вторичная обмотка выполнена из неизолированного провода, что позволяет лучше отводить тепло, уменьшая сопротивление обмотки, и является подвижной.
Катушка соленоида: механическая основа, на которой крепятся обмотки и на которой создается магнитный поток; поэтому она изготавливается из специальных электротехнических сталей,
крепежные винты: они соединяют вместе не только отдельные листы магнитопровода, но и другие части,
изолированные провода: для питания самого трансформатора,
зажимы или клещи: для отключения аппарата и подачи его к свариваемой детали,
Металлические корпуса: для размещения всех компонентов и защиты их от электротравм,
Органы управления для регулирования тока и напряжения: кнопки, переключатели и т.д.
Это основные элементы, без которых машина не может функционировать.
Другие детали добавляются при необходимости для расширения возможностей. Например, дроссель добавляется для улучшения характеристик тока и плавного регулирования.
Устройство магнитопровода
В основе каждого сварочного трансформатора лежит магнитопровод — сердечник трансформатора. Он предназначен для движения результирующего магнитного потока по замкнутому контуру. Такой принцип работы диктует требования: единый элемент, на котором расположены обмотки проводников.
Классическая форма магнитопровода представляет собой стопку стальных пластин, скрепленных болтами. Поскольку они изготовлены из специальной трансформаторной стали, пластины обладают повышенными ферромагнитными свойствами и становятся хорошим проводником бифилярных токов.
Конструкция из отдельных пластин полезна для уменьшения нагрева магнитной цепи. Они отделены друг от друга специальными лаками и оксидными слоями для изоляции.
Монолитность изделия обеспечивается применением проволочной сетки. Зажим штифтов предотвращает сильный гул, вызванный потоком в сердечнике. Переменный ток меняет направление 50 раз в секунду, что вызывает вибрацию отдельных пластин.
Принцип работы сварочного трансформатора
Сварочные трансформаторы работают именно таким образом:
- первичная обмотка получает электрический ток извне – от источника питания, связанного со входными проводами устройства;
- ток, протекающий по обмотке, создаёт электродвижущую силу (или ЭДС) в магнитопроводе – как феномен направленного действия, она движется по имеющемуся контуру;
- поток ЭДС в магнитопроводе доходит до вторичной обмотки и генерирует в ней уже её собственный магнитный поток, а он в свою очередь – электрический ток;
- полученный таким образом электрический ток используется для сварки.
Этот процесс интересен тем, что, варьируя общее количество витков и соотношение витков, задействованных в двух обмотках, можно добиться желаемых характеристик выходного напряжения и тока. Именно количественная разница между обмотками используется для преобразования энергии в желаемые параметры.
В результате выходной сварочный ток может быть использован для плавления твердого металла. Учитывая физико-механические свойства стали и сплавов, а также характеристики требуемого соединения, сварочное оборудование может быть выполнено в широком диапазоне мощности.
Конструкция и принцип работы сварочного трансформатора служат одной цели: понизить напряжение источника питания (около 30 вольт и более) и увеличить силу тока в сварочной дуге (300 ампер и более).
Если устройство должно работать с постоянным током, оно называется выпрямителем и имеет несколько иную конструкцию.
Холостой ход
Сварочный трансформатор как устройство питания рассчитан на 2 режима применения, которые предъявляют требования к принципу его работы:
- с нагрузкой – когда непосредственно выполняется сварка;
- холостой – когда агрегат находится в режиме ожидания.
Разница между ними заключается во вторичной обмотке.
Несмотря на кажущееся отсутствие тока, он все же присутствует: Ток, подаваемый в первичную обмотку, создает ЭЭД не только за счет прямого магнитного потока, но и за счет диффузии. Когда трансформатор не работает, в его магнитопроводе все время протекает небольшой электрический ток за счет диффузионных сил.
Решающим фактором является то, что во вторичной обмотке возникает «напряжение разомкнутой цепи» даже при отсутствии дуги. Это опасно для сварочного трансформатора: это может привести к смерти сварщика. По этой причине устанавливаются автоматические ограничители напряжения (обычно 48 В) и защитное заземление.
Устройство и принцип работы
Конструкция и принцип работы сварочного трансформатора очень просты. Именно поэтому трансформаторы так просты в использовании и недороги в обслуживании.
Устройство сварочного трансформатора
Трансформатор состоит из трансформатора и блока управления. Блок трансформатора необходим для понижения напряжения, поступающего из сети 220 В или 380 В. С помощью узла управления можно установить необходимую величину тока.
Состав трансформаторного блока зависит от напряжения, необходимого для стабильной работы устройства. Существуют однофазные, двухфазные и трехфазные блоки. Однофазный трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток. Двухфазный состоит из двух однофазных обмоток. Трехфазный трансформатор состоит из трех однофазных обмоток.
Узел регулятора часто представляет собой катушку насыщения. Чтобы регулировать ток, нужно изменять зазор магнитопровода этой катушки. Как вы понимаете, выполнять такие манипуляции, каждый раз снимая корпус с устройства, очень неудобно. Именно поэтому мастера разместили на поверхности корпуса специальную ручку для механической регулировки силы сварочного тока.
Эти два узла — трансформаторный блок и блок регулятора — составляют основу сварочного трансформатора. В дополнение к этим узлам имеются и другие. Тем не менее, типичная структура сварочного трансформатора остается очень простой. По этой причине трансформаторы редко выходят из строя. Если трансформатор вышел из строя, его можно легко отремонтировать в домашних условиях.
Принцип работы сварочного трансформатора
В большинстве сварочных аппаратов сварочный ток преобразуется из постоянного тока в переменный, чтобы можно было зажечь дугу. В случае с трансформатором это правило не действует. Это единственный сварочный аппарат, который позволяет вести сварку постоянным током. Все, что вам нужно сделать, это отрегулировать ток до нужных условий.
В этом и заключается работа трансформатора, о котором мы говорили выше. Он понижает входное напряжение до нужного значения. Затем регулировка тока — задача узла регулятора. Вот и все. Принцип работы максимально прост. Кроме того, может присутствовать заземление.
Виды трансформаторов
Существуют различные типы сварочных трансформаторов. Их можно классифицировать по различным критериям: напряжение сети, функциональность, тип регулировки тока, количество рабочих положений. Давайте рассмотрим эти критерии подробнее
Напряжение сети
Сварочный трансформатор для ручной дуговой сварки может работать с напряжением 220 В или 380 В. Напряжение трансформатора зависит от количества фаз. Это зависит от того, сколько фаз имеет трансформатор. Мы уже упоминали, что существуют однофазные, двухфазные и трехфазные агрегаты. Однофазные агрегаты работают от розетки 220 В. Двухфазный сварочный трансформатор встречается редко, поэтому мы не будем его рассматривать. Трехфазные трансформаторы требуют 380 В.
Существуют также комбинированные трансформаторы, которые могут работать с любым напряжением сети.
Функционал трансформатора
Функциональность напрямую определяет назначение сварочного трансформатора. Различают бытовые, коммерческие и промышленные агрегаты. Они имеют разные свойства или функциональность. Устройство бытового класса не может генерировать ток более 200 А, поэтому его возможности ограничены. Профессиональные модели, напротив, вырабатывают 300 А и позволяют сваривать даже толстые металлы.
Промышленный сварочный трансформатор способен справиться с самыми сложными сварочными задачами. Но, честно говоря, сегодня трансформаторы практически не используются в промышленной сварке. Их заменили более технически совершенные аппараты.
Количество рабочих постов
Трансформаторы для ручной дуговой сварки могут быть рассчитаны на разное количество рабочих мест. Чем больше сварочных кабелей можно подключить к трансформатору, тем больше рабочих мест можно организовать.
Аппараты делятся на однопользовательские и многопользовательские. Однопозиционные аппараты предназначены для одного рабочего места. Проще говоря, к такому аппарату может быть подключен только один сварочный кабель, и работу может выполнять один сварщик. В многопостовых аппаратах можно подключить от 3 до 6 кабелей, чтобы работу могли выполнять от трех до шести сварщиков одновременно.
Способ регулировки силы тока
Выше мы писали, что сварочный трансформатор оснащен блоком управления, который имеет катушку насыщения. Изменяя расстояние между катушками, можно изменять и силу тока. Но это не единственный способ регулировки сварочного тока.
Кроме катушки насыщения, можно также использовать катушку с магнитным зазором, подвижную или намагниченную шунтовую катушку, реактивную обмотку, подвижную катушку конденсатора, катушку соленоида, тиристорные регуляторы или импульсные стабилизаторы.
Как видите, существует множество различных типов трансформаторов. Поэтому выбирайте тот, который соответствует вашим нуждам и требованиям. Для бытового использования достаточно однофазного трансформатора с максимальным током 300 А и катушкой насыщения для регулирования. Такие устройства наиболее надежны и просты в эксплуатации.
Классификация сварочных трансформаторов
Устройства делятся на однофазные для бытового использования и многофазные. Номинальная мощность однофазных аппаратов обычно не превышает 10 кВт, так как с большей нагрузкой бытовой источник питания не справится. Промышленный многофазный сварочный трансформатор мощностью 500 кВт может работать с токами до 1000 А.
В зависимости от схемы подключения сварочного трансформатора на первичную обмотку подается либо однофазное, либо трехфазное напряжение. Существуют модели с переключателем 220/380 В. Однофазные аппараты на 220 В предназначены для бытового использования. Трехфазные сварочные трансформаторы для промышленного использования рассчитаны на подключение к 380 В.
Классификация по конструктивному признаку включает следующие типы агрегатов:
- С амплитудным регулированием при номинальном магнитном рассеивании. Выходное напряжение изменяют дросселем, который расположен на сердечнике.
- С амплитудным регулированием, но повышенным магнитным рассеиванием. В конструкцию добавляются подвижные или разнесенные обмотки, шунты, конденсаторные или импульсные стабилизаторы.
- С фазовым регулятором на тиристорах.
К первым двум категориям относятся варианты с регулированием тока путем изменения магнитного сопротивления сердечника или напряжения без изменения формы. Фазово-угловые регуляторы преобразуют синусоидальную волну в последовательность квадратных импульсов с разной полярностью. Существуют также двигатели постоянного тока с выпрямителем на выходе.
Какие параметры учитывать при выборе
- Сетевому напряжению (220 или 380 В) на рабочем месте.
- Напряжению при холостом ходе не более 70 В. Но при низком значении будет трудней зажигать дугу.
- Входной и выходной мощности. Чем меньше разница между ними, тем больше КПД трансформаторного сварочного аппарата.
- Номинальному сварочному току. У моделей бытового назначения значение не превышает 200 А, полупрофессиональные рассчитаны на 300 А, а промышленные до 1000 А.
- Диапазону регулировки. Бытовые модели способны изменять ток в пределах 50 — 200 А.
- Длительности непрерывной работы. Бытовыми аппаратами можно сваривать без перекура 15 — 20 мин, а промышленными до нескольких часов.
