ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ

       электронный учебно-методический комплекс

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Электросварочный трансформатор

Цель работы

Программа работы

Общие теоретические сведения

Методика работы

Содержание отчёта

Контрольные вопросы

Приложение 7

Цель работы

Изучить режим работы и конструктивные особенности сварочного трансформатора.

Программа работы

1. Ознакомиться с теоретическими сведениями.
2. Изучить методику и выполнить работу.
3. Составить и защитить отчёт.

Общие теоретические сведения

Сварочные трансформаторы представляют собой источники переменного тока. Сварка дугой переменного тока менее качественна, чем на постоянном токе, однако сварочные трансформаторы дешевле и проще в эксплуатации.

Это одно- или трёхфазные понижающие трансформаторы со вторичным напряжением холостого хода 60…75 В, рассчитанные на большие сварочные токи.

Преобразователь постоянного напряжения (рис. 7.1)содержит тиристорный резонансный инвертор с обратными диодами основной и вспомогательный резонансный LC-контур, Силовой трансформатор, выпрямитель и ёмкостный выходной фильтр. Дополнительный LC-контур плечом в диагональ переменного тока инвертора; последовательно с ним включены дополнительная обмотка дросселя основного LC-контура и двунаправленный ключ. Благодаря этому преобразователь сохраняет работоспособность во всех режимах от холодного хода до короткого замыкания, поскольку в цепи вспомогательного контура всегда формируются импульсы прямого и обратного тока стабильный амплитуды и длительности. Протекая по обратному диоду, инвертора обратная полуволна тока вспомогательного контура запирает тиристор инвертора, даже если в цепи основного LC-контура обратная полуволна тока не формируется.

Рис. 7.1. Преобразователь постоянного напряжения.

В трансформаторах с нормальным магнитным рассеянием (СТЭ, СТН, ТСД) в сварочную цепь включают дроссель с регулируемым воздушным зазором магнитопровода.

Дроссели выполняют функцию регулирования сварочного тока.

В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеянием (ТС, ТСХ) силу сварочного тока регулируют расстоянием между первичной и вторичной обмотками.

При сближении обмоток ток увеличивается, при раздвижении - уменьшается. Основными характеристиками источников сварочного тока являются: напряжение холостого хода, внешняя характеристика и способ регулирования сварочного тока.

Сварочные трансформаторы имеют различные характеристики и конструктивное оформление в зависимости от того, для какого способа сварки они предназначены - дугового, контактного или электрошлакового, контактно-точечного, лазерного.

Сварочный трансформатор для дуговой сварки должен иметь достаточное для зажигания дуги напряжение холостого хода (60…70 В) и соответствующую внешнюю характеристику (падающую или жёсткую).

При жёсткой внешней характеристике сварочный трансформатор в конструктивном отношении ничем не отличается от обычных силовых трансформаторов. Для получения требуемой падающей внешней характеристики сварочные трансформаторы выполняются с относительно большим магнитным рассеянием или в самом трансформаторе, или в отдельном реакторе. Регулирование сварочного тока может производиться ступенями - путём переключения одной или нескольких обмоток.

Способ сварки трением. Сварку трением производят в температурном интервале сверхпластичности металла одной из свариваемых заготовок, давление нагрева прикладывают импульсно. Длительность первого импульса давления нагрева ограничивают достижением температуры сверхпластичности на поверхности свариваемого стыка. Количество прикладываемых импульсов и пауз давления, их длительности определяют выравниванием температуры сверхпластичности металла по всей площади стыка. Давление нагрева в паузе составляет 40-60 % давления в импульсе. Сварка повышает стабильность прочности и качества сварных соединений.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется посредством изменения магнитного сопротивления самого трансформатора или соединенного с ним реактора.

Работу трансформатора изучают при двух предельных режимах его работы: холостом ходе и коротком замыкании.

Изучение режимов холостого хода и короткого замыкания трансформатора важно в двух отношениях:

1. Любой нагрузочный режим трансформатора можно рассматривать как промежуточный между двумя предельными режимами его работы и получить этот нагрузочный режим путем наложения одного нагрузочного режима на другой, например, режима короткого замыкания на режим холостого хода;
2. Холостой ход и короткое замыкание трансформатора позволяют определить ряд величин, имеющих весьма важное значение с точки зрения эксплуатации трансформатора - его КПД.

Опыт холостого хода производится по схеме (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Схема опыта холостого хода .

Напряжение холостого хода не должно быть меньше 50…55 В (напряжение зажигания дуги) и не выше 60…75 В (напряжение безопасное для сварщика).

Внешняя характеристика - это зависимость напряжения на его выходных зажимах от силы тока, нагрузки. Характеристика может быть круто и полого падающей, жёсткой, возрастающей (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Внешняя характеристика: 1, 2-круто и полого падающая; 3-жёсткая; 4-возрастающая.

В большинстве случаев целесообразна падающая внешняя характеристика.

Регулирование сварочного тока. Оно необходимо при сварке деталей различной толщины. Возможны два способа регулирования: изменением холостого хода и изменением эквивалентного сопротивления.

При холостом ходе трансформатор не совершает полезной работы, поэтому мощность холостого хода Р_хх тратится только на покрытие потерь холостого хода, которые включают: потери в меди первичной обмотки P_xx1, основные потери в стали Р_хх.ст, добавочные потери Р_доб.

В сварочном трансформаторе ввиду малых потерь Р_хх1 и Р_доб, ими можно пренебречь. Следовательно, мощность холостого хода Р_хх определяет потери в стали, т.е. Р_хх=Р_хх.ст. Холостой ход трансформатора позволяет определить коэффициент трансформации k, под которым понимают отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения:

где Е₁, Е₂ - ЭДС обмотки высшего и низшего напряжения, В;

f - частота переменного тока, Гц;

W₁, W₂ - число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора;

Ф_Т - магнитный поток в сердечнике трансформатора, Вб.

Так как при холостом ходе E₁=U_{xx 1} и E₂=U_xx2, то k = U_xx1/U_xx2.

Опыт короткого замыкания производится по схеме (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Схема опыта короткого замыкания.

Из опыта короткого замыкания определяют параметры короткого замыкания трансформатора: U_1к, I_к и Р_к; он производится при пониженном напряжении.

Первичное напряжение подбирается такой величины, чтобы ток в накоротко замкнутой вторичной цепи равнялся номинальному току данного трансформатора (при ПВ=65%). Мощность Р_к практически тратится только на покрытие потерь в меди первичной и вторичной обмоток P_1xx и P_2xx. Следовательно, параметры короткого замыкания трансформатора можно определить, используя следующие соотношения:

где r_к - активное сопротивление, Ом;

Z_к - полное сопротивление, Ом;

Х_к - индуктивное сопротивление трансформатора или регулятора, Ом.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяем по формуле:

где К_нг - коэффициент нагрузки;

Р_кн - мощность, потребляемая трансформатором в режиме короткого замыкания при номинальном первичном токе, кВт;

Р_н - номинальная активная мощность трансформатора: кВт;

Р_хх - мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, кВт.

Методика работы

Собрать схему опыта холостого хода (рис. 7.1), провести опыт холостого хода. Опыт холостого хода необходимо проводить при напряжении сети, соответствующем номинальному напряжению трансформатора, подлежащего исследованию. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Собрать схему опыта короткого замыкания трансформатора (рис. 7.3), провести опыт короткого замыкания (при номинальном первичном токе I_1н). По результатам опыта короткого замыкания определить Z_к , r_к, Х_к, сos φ_к. Результаты опыта и вычислений занести в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Содержание отчёта

1. Электрические схемы установки для исследования электросварочного трансформатора.
2. Расчётные формулы, таблицы опытных и расчетных данных.
3. Графики зависимостей U₂=(f₂) по опытным и расчётным данным.
4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Как формируются падающие характеристики в сварочном трансформаторе?
2. Перечислите способы регулирования сварочного тока.
3. Какие величины определяют из опытов холостого хода и короткого замыкания?
4. Назовите способы сварки сварочными трансформаторами.
5. Как осуществляется плавное регулирование сварочного тока?
6. Каким должно быть безопасное напряжение для работы сварщика?
7. Для каких целей при сварке необходимо регулирование сварочного тока?

Приложение 7

© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, 2006
© Центр дистанционного обучения КрасГАУ, 2006