Заваръчни трансформатори - Заваряване на метали
Обработка на дърво и метал
Заваръчните трансформатори са прости по дизайн, имат малки размери и тегло, имат висока ефективност.Заваръчните трансформатори консумират електроенергия почти 2 пъти по-малко от DC единиците. Ефективността на заваръчните трансформатори достига 85-90%.
За да се получи падаща характеристика на дъговите електроди, необходимото съпротивление е свързано последователно с дъгата към заваръчната верига. По икономически причини това съпротивление трябва да бъде чисто индуктивно с минимален активен компонент. Индуктивността на вторичната верига на трансформатора може да бъде увеличена чрез последователно свързване с дъгата на индуктивното съпротивление на дроселна намотка, отделно или комбинирано с трансформатора. Съществуват конструкции на трансформатори, чиято вторична индуктивност осигурява необходимата спадаща характеристика.
По този начин могат да се разграничат следните четири основни системи заваръчни трансформатори:
1) с отделна намотка на дросела във вторичната верига;
2) с дроселна намотка във вторичната верига, структурно интегрирана в едно цяло с трансформатор;
3) с повишена индуктивност без бобина на дросел;
4) с подвижна намотка; с увеличаване на разстоянието между първичната и вторичната намотки на трансформатора, заваръчният ток намалява, с намаляване на разстоянието се увеличава.
Разбира се, възможни са и други методи за регулиране на трансформаторите, например чрез разделяне на намотката и включване на различен брой завои. Чрез модифициране на основните вериги и комбиниране на елементите на отделни схеми, те формират много възможни системи и конструкции на заваръчни трансформатори. Заваръчните трансформатори обикновено се правят еднофазни, сухи, с естествено въздушно охлаждане.
Пример за трансформатор с отделна дроселна намотка могат да бъдат трансформатори, проектирани от централата "Electric", тип STE. Цялостната машина за заваряване се състои от STE трансформатор и дроселна намотка или RSTE регулатор, свързан към вторичната верига последователно с дъгата. Бобината на дросела е направена разглобяема. Подвижната сърцевина на магнитната верига може да се движи чрез завъртане на копчето на регулатора. Преместването на подвижната сърцевина променя въздушната междина на магнитната верига и по този начин индуктивното съпротивление на дросела, а оттам и заваръчния ток, тъй като характеристиката, посочена към дъговите електроди, се променя. Стойностите на въздушната междина и заваръчния ток се наблюдават по скалата на показалеца, закрепен към подвижната част на магнитната верига. Като първо приближение може да се приеме, че заваръчният ток се променя пропорционално на размера на въздушната междина на магнитната верига на дроселната намотка.
STE трансформаторите са от няколко вида, различаващи се само по мощност, и са предназначени за заваръчен ток от 230-500 и за PR от 60%. Малкото тегло и габаритните размери правят заваръчните трансформатори доста преносими. Трансформаторът и дроселът се движат върху колелата и са оборудвани с дръжки. В днешно време трансформаторите са заменени от по-модерни конструкции, но трябва да се отбележи, че около 30 години тези трансформатори бяха основните източници на енергия за ръчно дъгово заваряване.
Вторичното напрежение на трансформаторите за ръчно дъгово заваряване с отделна намотка на дросела е 60-65 V. Повишаването на вторичното напрежение на заваръчния трансформатор прави дъгата по-лесна и по-стабилна. От друга страна, увеличаването на вторичното напрежение увеличава размера, теглото и цената на трансформатора и бобината на дросела, а рискът от токов удар за заварчика се увеличава. Намаляването на напрежението влошава запалването на дъгата и я прави по-малко стабилна. Напрежението от 60-65 V, избрано въз основа на дългогодишна практика, е най-приемливо за повечето случаи.
Дъговото заваряване, особено ръчното заваряване, създава периодично натоварване за източника на енергия; дъгата е последвана от прекъсвания за смяна на електроди, почистване на шевове и др. Режимът на натоварване определя максималния ток, който може да се получи без прегряване на намотките на източника. Режимът се определя от коефициента на PR - прекъсната работа, което е съотношението на работния период към продължителността на пълния цикъл на работа, което не трябва да надвишава 5 минути. PR 100% означава изгаряне на дъгата без прекъсвания. PR 60% показва, че при петминутен цикъл дъгата гори 3 минути, а прекъсванията в горенето отнемат 2 минути. Колкото по-малък е PR, толкова по-голям е допустимият ток.
Пример за заваръчни трансформатори, структурно интегрирани в едно цяло с дросел намотка, може да служи като STN трансформатори, предложени от акад. VP Nikitin още през 1925 г. Трансформаторите STN за ръчно и автоматично заваряване са проектирани за заваръчни токове до 2000 А. Понастоящем производството на тези трансформатори е прекратено.
Съвременните трансформатори с повишено вътрешно магнитно изтичане без дроселни бобини имат пакети за изтичане, набрани от трансформаторна стомана или подвижни трансформаторни намотки. Чрез преместване на разсейващите пакети, потоците на разсейване в трансформатора се променят. С увеличаване на потоците от течове, заваръчният ток намалява, с намаляване се увеличава. При трансформатори с движещи се намотки, чрез намаляване на разстоянието между първичната и вторичната намотки, заваръчният ток се увеличава и обратно.
Най-често срещаните трансформатори за ръчно дъгово заваряване за номинални заваръчни токове от 300 и 500 А. Пример за съвременен трансформатор е трансформаторът STSH-500, разработен от Института по електрозаваряване на името на ЕО Патона (фиг. 4). Номиналният му заваръчен ток е 500 A при 60% PR, напрежението на вторичния празен ход е 60 V, теглото е 220 kg. Плавното регулиране на заваръчния ток се осъществява посредством два подвижни магнитни шунта. Трансформаторът е високо надежден.
Подобен трансформатор TD-500 (фиг. 6), разработен във VNIESO, има два диапазона на регулиране на заваръчния ток: 85-240 и 240-700 ампера. Номинален заваръчен ток 500 A при 60% PR; напрежение на вторичната отворена верига 76 V за по-ниски и 60 V за високи токове; тегло 210 кг. Трансформатор TD-300, малко по-малък по мощност, е проектиран за номинален заваръчен ток от 300 A при PR 60% с граници на регулиране 60-400 A и два работни диапазона с напрежения 61 и 79 V; тегло 137 кг. Разстоянието между първичната и вторичната намотки на трансформаторите TD-500 и TD-300 се регулира чрез завъртане на дръжката върху корпуса. Тези трансформатори са доста компактни и транспортируеми, с наличието на ролки, те могат лесно да бъдат преместени в заводските работилници.
В някои случаи са необходими не само преносими, но и преносими заваръчни трансформатори. Благодарение на икономичния дизайн, използването на по-добри материали и изолация, която позволява по-високо нагряване, беше възможно да се създадат леки преносими заваръчни трансформатори за строителство, монтаж, ремонт и подобни работи. Такъв трансформатор TSP-2, разработен от VNIIESO, е показан на фиг. 7. Проектиран е за периодична работа с работен цикъл 20% и номинален заваръчен ток 300 A; напрежение на празен ход 62 V.
На фиг. 8 показва устройство за разширяване на намотките (както при TD трансформаторите). Теглото на трансформатора TSP-2 е само 65 кг. Има дори по-леки преносими трансформатори. Например трансформаторът VNIIESO TDP-1 (номинален заваръчен ток 160 и PR 20%) тежи само 38 кг, а трансформаторът STSH-250, разработен от Института по електрозаваряване. EO Paton (фиг. 9), с номинален заваръчен ток 250 A при PR 20%, с напрежение в отворена верига 60 V тежи 40 kg. В допълнение към разглежданите трансформатори за ръчно дъгово заваряване, се произвеждат голям брой специални видове заваръчни трансформатори за автоматично дъгово заваряване, газово екранирано дъгово заваряване, електрошлакова заварка и др. на заваряване.
Значителен недостатък на заваръчните трансформатори е ниският коефициент на мощност cos