Для выполнения электродуговой сварки необходим определенный набор оборудования, в него входит сварочный трансформатор. На рынке существуют производственные и бытовые аппараты, они различаются техническими характеристиками.
Главная задача трансформатора –преобразование подаваемого электричества до требуемых параметров.
Взаимодействие компонентов входящих в состав сварочного трансформатора, в результате, приводит генерации сварной дуги, которая располагается между рабочим инструментом и заготовкой.
Устройство сварочного трансформатора и характеристики
Для возникновения дуги, обеспечивающей разогрев и расплавление кромок заготовки, требуется изменить характеристики электричества подаваемого из сети.
Сварочный трансформатор преобразует поступающее электричество следующим образом:
- напряжение снижает;
- силу тока поднимает.
В преобразовании электричества принимают участие следующие узлы:
- магнитопровод;
- первая обмотка, собираемая из изолированного кабеля;
- перемещающейся второй обмотки. Ее выполняют из провода без изоляции, это необходимо для повышения тепловой отдачи;
- винтовая пара;
- штурвал для управления винтовой парой;
- клеммники для сварных кабелей.
В состав сварочных агрегатов включают дополнительные компоненты, которые предназначены для совершенствования их работы.
Устройство пускового механизма
Пусковое устройство включает в свой состав – магнитопровод, две обмотки и клеммы. Переключатели изменяют напряжение и общее число обмоток подключаемых к выпрямителю. В первичную цепь устанавливают регулятор, собранный на основе полупроводников (тиристоров). Вторая обмотка, подключаемая к выпрямительному мосту, обеспечивает подачу двух уровней изменяемого напряжения.
Для работы пускового устройства требуется напряжение в 220 В. Ток лежит в диапазоне от 0 до 120 А, а напряжение достигает 70 В случае самостоятельного изготовления устройства, за основу принимают стержневой трансформатор, на его первой обмотке накручено 230 витков, на второй 32. Пульт управления полупроводниками монтируют над дросселем. Для охлаждения всей системы используют принудительную вентиляцию.
Устройство магнитопровода
Ключевыми деталями магнитопровода, являются пластинки или листы, произведенные из электромагнитной стали. К конструктивным деталям относят крепеж, корпус и пр. Магнитопроводы сварочных трансформаторов разделяют на стержневые и броневые. В устройствах стержневого типа все сегменты магнитной цепи обладают одинаковым сечением. В магнитопроводах броневого типа полным сечением обладает только средний стержень, на который устанавливают обмотки.
Сечения остальных участков магнитной цепи почти в два раза меньше. По ним происходит замыкание магнитного потока. На участках магнитопровода имеющего Т-образную форму, каждый имеет свое сечение. При этом его размер составляет в три раза меньший размер, чем собственно сам стержень. По каждому из участков происходит замыкание третьей части потока.
Пластины, входящие в пакеты покрывают специальным составом, который называют оксидной изоляцией.
Принцип работы сварочного трансформатора
Аппаратура для сварки работает по алгоритму:
- Питание подается на первую обмотку. В ней генерируется магнитный поток, замыкающийся на сердечнике.
- Затем питание направляется на вторую обмотку.
- Магнитопровод, который собран из ферромагнитов, генерирует постоянное магнитное поле. Индуцирующий поток производит ЭДС.
- Разность в числе витков допускает колебание тока с требуемыми для выполнения сварки параметрами. Эти же показатели учитывают при расчетах аппаратуры для сварки.
Существует связь числа витков на второй катушке и напряжением на выходе. То есть для повышения тока количество витков необходимо увеличить. Но так как, сварочный трансформатор – это понижающий тип, то число витков на второй обмотке будет ниже, чем на первой.
Устройство и принцип действия сварочного трансформатора обеспечивает настройку величины тока. Этого достигают уменьшая или увеличивая пространство между катушками.
Для этого в сварочном оборудовании установлены движущиеся компоненты. Расстояние между обмотками изменяет сопротивление и это дает возможность выбирать именно тот ток, который нужен для сварки.Холостой ход
Аппаратура для сварки работает в двух режимах – рабочем и холостом. Во время сварки вторая обмотка замыкается между рабочим инструментом и деталью. Ток расплавляет кромки заготовок и в результате получается надежное соединение деталей. После того, как сварщик закончит работы, цепь прерывается и трансформатор переключается на холостой ход.
ЭДС в первой обмотке появляются из-за наличия:
- магнитного потока;
- его рассеивания.
Эти силы отпочковываются от направления потока в магнитопроводе и замыкаются между катушками в воздухе. Именно эти силы и являются основой работы в холостую.
Работа на холостом ходу не должна представлять опасность для рабочего — сварщика и окружающих людей. То есть оно не должно быть больше чем 46 В. Но отдельные модели сварочного оборудования, имеют большие значения, например, 60 – 70 В. В этом случае в конструкции сварочного устройства устанавливают ограничитель параметров холостого хода. Скорость его срабатывания не превышает одну секунду с момента разрыва цепи и окончания работы. В целях дополнительной защиты сварщика, корпус трансформатора необходимо заземлять.Это позволяет напряжению, которое может появиться на корпусе в результате повреждения изоляции, уйти в землю, не нанеся ни какого вреда рабочему – сварщику.
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».У сварочных аппаратов, работающих под нагрузкой, количество мощности в разы больше, чем потери, которые они несут при работе в холостую.
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.
Трансформаторы этого типа изготавливают для решения производственных задач.
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.
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.
Тиристоры хороши для настойки напряжения и тока в электрических цепях переменного характера, дело в том, что закрытие происходит при изменении полярности.
В схемах с постоянным током для закрытия тиристоров применяют резонансные схемы. Но это сложно, дорого и накладывает определенные сложности на возможность регулирования.
В полупроводниковых трансформаторах тиристоры монтируют в первой обмотке, тому есть две причины:
- Вторичные токи в сварочных источниках значительно больше, чем предельный ток тиристоров, он достигает 800 А.
- 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.
Отличия и разновидности оборудования
На производстве применяют следующие виды сварочных аппаратов:
- трансформаторы;
- выпрямители;
- инверторы.
Ещё выделяют:
- полуавтоматы;
- генераторы — сварочные аппараты с бензиновым или дизельным электрогенератором;
- и прочие промышленные аппараты.
Сварочные трансформаторы
Так называют устройство, которое предназначено для преобразования переменного тока получаемого из сети в напряжение необходимо для выполнения электрической сварки.
Ключевым узлом этого устройства является трансформатор, который понижает сетевое напряжение до уровня холостого хода.
Достоинства и недостатки сварочных трансформаторов
К несомненным преимуществам этого оборудования относят довольной высокий КПД от 70 до 90%, простоту работы и высокую ремонтопригодность. Кроме этого аппараты этого класса отличает невысокая стоимость.
Вместе с тем, аппараты этого типа иногда не в состоянии обеспечить постоянство горения дуги. Это обусловлено характеристиками переменного тока. Для получения качественной сварки целесообразно применять электроды, адаптированные для работы с переменным током. Кроме того, на качестве сварки отрицательно сказываются и колебания напряжения на входе.Аппараты этого типа нельзя применять для работы с нержавейкой и цветными металлами. Высокий вес аппарата и его габариты вызывают ряд сложностей при его транспортировке с места на место.
Но надо отметить, что сварочный трансформатор – это не плохой выбор для домашних нужд.Аппаратура, которое преобразует переменное напряжение, поступающее из сети питания в постоянное, необходимое для выполнения электросварочных работ.
На практике применяют несколько схем выпрямителей, в которых реализованы разные методы получения выходных параметров напряжения и тока. Применяют разные способы регулировки параметров тока и вольт-амперной характеристики.В эти способы входят:
Изменение настроек трансформатора, применение дросселя, настройка с помощью полупроводников (тиристоров и транзисторов). В самых простых аппаратах для регулирования тока применяют трансформатор, а для его выпрямления диодные схемы. В силовую часть такого оборудования входят трансформатор, выпрямитель, дроссель.Достоинства и недостатки сварочных выпрямителей
Главное достоинство выпрямителей, если сравнивать их с трансформаторами, заключено в том что, для сварки применяют постоянный ток. Это обеспечивает качество розжига и поддержания параметров дуги и это соответственно приводит к качеству сварного шва. Применение выпрямителя позволяет сваривать не только обыкновенные стали, но обрабатывать нержавейку и цветные металлы. Кроме того, надо учесть и то, что сваривание с применением выпрямителя обеспечивает малое количество брызг.
По сути, описанные достоинства дают однозначный ответ на вопрос – какой аппарат выбрать трансформатор или выпрямитель, но разумеется нельзя забывать и стоимости этого оборудования.
Выпрямители имеют и отдельные недочеты – большой вес конструкции, потеря мощности, падение напряжения в сети во время проведения сварочных работ. Кстати, все сказанное в полной мере относится и к трансформаторам.Сварочные инверторы
Аппаратура этого типа предназначено для преобразования постоянного тока в переменный. Инвертор работает следующим образом. Ток, с частотой в 50 Гц, попадает на выпрямитель. На нем он, пройдя, через фильтр сглаживается и преобразуется в переменный. Частота такого тока оставляет несколько килогерц. Современные схемы позволяют получать ток с частотой 100 Гц. Этот этап преобразования, является самым важным в работе инвертора и это позволяет добиться существенных преимуществ в сравнении с другими моделями сварочного оборудования.
После этого, полученное высокочастотное напряжение роняют до значения холостого хода. А ток вырастает до размеров достаточных для выполнения сварочных работ, то есть до величины 100 – 200 А.
Схема инвертора и комплектующие используемые в работе позволяют создавать сварочные аппараты с малым весом и высокими техническими характеристиками.
Предприятия – производители выпускают аппараты для выполнения сварки:
- в ручном режиме;
- неплавящимся электродом в аргонной среде;
- в полуавтоматическом режиме под защитой газов и многие другие.
К несомненным достоинствам этого класса оборудования можно отнести – малый вес и габариты. Это позволяет передвигать инвертор на строительной или производственной площадке без особых сложностей.
В составе инвертора нет трансформатора и это позволило избежать потерь на нагрев обмоток и перемагничивания сердечника и получить высокий КПД. При сварке электродом в диаметр 3 мм, от сети потребляется все 4 кВт мощности, показатель сварочного трансформатора или выпрямителя составляет 6 – 7 кВт.Схемы применяемые в инверторах позволяют генерировать практически все параметры вольт-амперных характеристик – это говорит о том, что аппараты этого типа допустимы для применения во всех видах сварочных работ. Кроме того, инверторы обеспечивают работу с легированными, нержавеющими сталями и цветными металлами.
Инверторная схема не нуждается в частых и длительных перерывах в работе.
Конструкция инвертора позволяет выполнять плавную регулировку режимов сварки во всем диапазоне токов и напряжений, необходимых для выполнения сварочных работ. Инвертор обладает широким диапазоном токов от нескольких единиц до сотен тысяч. В быту применяют аппараты, которые позволяют варить металл относительно тонкими электродами до 3 мм. Применение аппаратов такого уровня позволяет формировать шов в различных положениях и обеспечить минимальное количество брызг расплавленного металла, возникающих при сварочных работах.
Инверторные сварочные аппараты, производимые в наши дни, по большей части имеют микропроцессорное управление. Оно позволяет:
- обеспечить рост тока при розжиге дуги;
- минимизировать залипание электрода и детали и еще ряд функций облегчающих работу сварщика.
После выполнения сварки с помощью трансформатора или выпрямителя, работа с инвертором может с полным основанием считаться праздником.
Между тем инверторы обладают рядом недостатков. В частности, ремонт инвертора может обойтись в копеечку. Кроме того, у аппаратов инверторного типа повышенные требования к условиям хранения. Это обусловлено тем что, в инверторах содержится много элементов микроэлектроники.На что обращать внимание при выборе
Надо понимать, что выбор сварочного оборудования это непростая задача и решают ее в несколько этапов.
- Необходимо знать марку свариваемых материалов и вид требуемого шва. Так, для обработки стали или нержавейки достаточно аппарата обеспечивающего ручную дуговую сварку. Для сварки обыкновенной стали можно использовать аппараты с переменным и постоянным током. Для работы с нержавеющей сталью необходимо использовать аппараты постоянного тока. Рабочие характеристики сварочного трансформатора позволяют работать с разными материалами.
- В зависимости от размера тока, аппараты в 200 А, относят к бытовым, а в 300 к профессиональным.
- В зависимости от типа работы – полуавтоматы, обладающие сложной конструкцией и довольно высокой стоимостью, показывают высокую производительность и простоту в управлении.
- Инверторы обладают малыми габаритами и весом и широкой возможностью настроек.
- Немаловажное значение имеет место выполнения работ, в частности, климатические условия.
- Само собой, принимая решение о выборе аппарата необходимо обращать внимание на компанию – производителя.
Возможные неисправности и ремонт
Сварочная аппаратура, как и любое техническое устройство, всегда может выйти из строя. Существуют некоторые признаки, по которым можно определить возникшие неисправности.
Например, при проведении сварки, постоянно происходит залипание электрода. Это может быть вызвано низким напряжением, неправильной настройкой тока, неправильным выбором электрода и рядом других причин.
Отсутствие дуги может быть вызвано перебитым кабелем, перегревом сварочного оборудования и множеством других причин.Для ремонта сварочного трансформатора необходимо обладать определенными знаниями, то есть необходимо умение читать принципиальные электрические схемы и навык выполнения электромонтажных работ. Именно поэтому имеет смысл при возникновении неисправностей обращаться в мастерскую по их ремонту и обслуживанию.
Как правильно смонтировать трансформатор
Сварочную аппаратуру необходимо надежно заземлить. Для облегчения жизни, на трансформаторов устанавливают специальные болтовые зажимы с сопроводительной надписью «ЗЕМЛЯ».
Классификация по различным признакам
Сварочная аппаратура классифицируется по следующим признакам – по фазам, по применяемости.
На практике применяют одно и трехфазные сварочные аппараты. Однофазные аппараты, по большей части применяют для выполнения сварочных работ переменным током. Трехфазные применяют на строительных и производственных.К однофазным относятся аппараты марки ТД. По сути, это трансформаторы с хорошим магнитным рассеиванием и перемещающимися обмотками. Их снабжают механическими регуляторами, выполненными в виде винтовых.
Трехфазные аппараты применяют для сварки трехфазной дугой. Такой способ повышает производительность сварки, позволяет экономить электроэнергии, производит выравнивание нагрузки между фазами.Трехфазные аппараты применяют для организации многопостовой сварки. В частности, использование такого оборудования позволяет использовать как минимум два электрода одновременно. В конструкцию аппарата вносят некритичные изменения. Такое применение аппаратуры позволяет поднять экономический эффект от сварочных работ.
Трансформатор ТДМ включает в свой состав следующие части:
- металлический корпус;
- клеммы для сварочных;
- штурвал для настройки аппарата;
- магнитопровод;
- первая обмотка;
- вторая обмотка;
- винтовую пару для перемещения частей обмоток.
Принцип работы трансформатора ТДМ
Как уже отмечалось в конструкцию аппарата ТДМ входит магнитопровод, представленный в виде набор стальных пластин и изолированных обмоток. Ток, подаваемый из сети электропитания, попадает на первичную обмотку. В это время вторая обмотка, которая является перемещаемой, должна быть подключена к сварочному электроду и обрабатываемой деталью.
Между обмотками существует зазор, который и определяет параметры сварочного тока и напряжения. Чем больше размер зазора, тем больше сварочный ток. Это достигается за счет рассеивания магнитного поля.
Сварочный трансформатор своими руками
Для изготовления сварочного аппарата своими руками надо понимать его базовые принципы работ. Первым делом необходимо определиться с параметром мощности тока. Для сварки массивных заготовок будет востребована высокая мощность генерируемого тока.
Кроме того, нельзя забывать и о том, что этот параметр жестко связан с тем, какие электроды будут использоваться во время работы. Для работы с металлом от 3 до 5 мм, необходимо использовать электроды 3 – 4 мм. Если толщина металла менее 2 мм, то вполне достаточно электродов 1,5 – 3 мм.
Другими словами, если планируется использование электродов толщиной 4 мм, то сила тока должна составлять 150 – 200 А, а электроды в 2 мм, сила тока должна составлять 50 – 70 А.
Дуга формируется за счет использования трансформатора, состоящего из обмоток и магнитопровода.Расчет сварочного трансформатора
У каждого типа сварки свои требования к трансформационным устройствам. Базовый расчет выполняют на основании разности количества витков на первичной и вторичной обмотке. Для понижающего оборудования работает следующее правило – если существует необходимость снижения напряжения в 10 раз, то количество витков на вторичной обмотке должно быть в 10 раз меньше. Надо отметить, что это правило имеет обратную силу.
У каждого трансформатора имеется так называемый коэффициент трансформации. Он показывает размер масштаба силы тока при переходе с первичной обмотки на вторичную. Руководствуясь этим принципом можно выполнить расчет сварочного трансформатора пригодного для любого типа сварки.
Работа сварочного трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Режим холостого хода трансформатора устанавливают при разомкнутой вторичной обмотке в момент подключения первичной обмотки к сети переменного тока с напряжением U1.
Работа трансформатора
При этом по первичной обмотке идет ток I1, который создает переменный магнитный поток Ф1. Этот поток индуцирует во вторичной обмотке переменное напряжение U2. Поскольку цепь вторичной обмотки разомкнута, ток в ней не идет I2 = 0 и никаких затрат энергии во вторичной цепи нет. Поэтому вторичное напряжение на холостом ходу максимально и эту величину называют напряжением холостого хода U2 = Uхх.
Отношение напряжений первичной и вторичной обмоток при холостом ходу называют коэффициентом трансформации К. Он также равен отношению чисел витков первичной обмотки w1 и вторичной обмотки w2:
В сварочных трансформаторах сетевое напряжение 220 В или 380 В преобразуется в более низкое напряжение холостого хода U2 = Uхх = 60...80 В.
Режим нагрузки устанавливают благодаря замыканию цепи вторичной обмотки в момент зажигания дуги. При этом под действием напряжения U2 во вторичной обмотке и дуге появляется ток I2 = Iсв. Этот ток в сердечнике создает переменный магнитный поток, который стремится уменьшить величину потока, создаваемого первичной обмоткой Ф1. Противодействуя этому, сила тока в первичной обмотке увеличивается. Увеличение потребления энергии в первичной обмотке должно быть равно увеличению отдачи энергии дуги вторичной обмоткой в соответствии с законом сохранения энергии.
Напряжение во вторичной обмотке трансформатора при нагрузке равно:
где Uд – падение напряжения на дуге; XL – индуктивное сопротивление сварочного контура.
Омическое сопротивление сварочного контура R, включая вылет электрода, значительно меньше индуктивного сопротивления ХL. По этой причине при расчете U2 величиной R пренебрегаем.
Часть магнитного потока Фр по пути от первичной обмотки ко вторичной рассеивается в пространстве. Магнитный поток рассеивания тем больше, чем больше расстояние между обмотками.
В результате вторичную обмотку пронизывает магнитный поток Ф2. Падающая внешняя вольтамперная характеристика сварочного трансформатора получается благодаря изменению величины рассеивания магнитного потока Фр.
При этом напряжение дуги Uд уменьшается Uд = U2 – Iсв·XL при увеличении силы сварочного тока Iсв и индуктивного сопротивления XL.
Как показано на рисунке ниже, регулировать трансформатор можно:
изменяя индуктивное сопротивление сварочного трансформатора XL,
изменяя напряжение холостого хода Uхх.
Регулирование силы сварочного тока Iсв, силы тока короткого замыкания Iкз и напряжения холостого хода Uхх трансформатора
Первый способ более распространен и позволяет плавно регулировать сварочный ток. Второй способ применяют как дополнительный. Как правило, трансформатор имеет одну или две фиксированные величины Uхх и U"хх. U"хх получают, устанавливая дополнительные секции в первичной или вторичной обмотках. При величине напряжения холостого хода U"хх, как и при Uхх, можно плавно регулировать индуктивное сопротивление ХL, а следовательно – сварочный ток Iсв и ток короткого замыкания Iкз.
Плавное двухдиапазонное регулирование тока позволяет уменьшить массу и габариты трансформатора. Для получения диапазона больших токов обе катушки первичной и вторичной обмоток включаются попарно параллельно, как показано на рисунке ниже. Для получения диапазона малых токов катушки первичной и вторичной обмоток включаются последовательно.
Конструктивная схема сварочного трансформатора с подвижными катушками вторичной обмотки
Регулирование сварочного тока Iсв (как и Iкз) при постоянном напряжении холостого хода трансформатора Uхх возможно только за счет изменения индуктивного сопротивления.
В существующих конструкциях трансформаторов регулирование индуктивного сопротивления вторичной цепи может быть выполнено:
изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками;
изменением зазора магнитопровода дросселя, выполненного отдельно от трансформатора.
Первый вариант интересен простой и надежной конструкцией. Однако если сваривать необходимо на расстоянии 10...40 метров от трансформатора, то отдельный регулятор будет всегда под рукой у сварщика. Такой регулятор весит значительно меньше трансформатора, поэтому его легче перемещать.
При коротком замыкании электрод касается изделия Uд = 0. Напряжение во вторичной обмотке U2 = Iкз XL. Отсюда
Трансформаторы являются устройствами, предназначенными для повышения и понижения переменного напряжения. При этом частота тока не меняется, также, как и практически не изменяются его мощностные характеристики. Каким бы ни был трансформатор (по разным критериям их можно разделить на несколько групп), он имеет ряд сходных характеристик, на которые следует обращать особое внимание, не только во время эксплуатации, но и во время проверки работоспособности устройства.
Трансформаторы и режимы их работы
Работа всех трансформаторных устройств, а их около десятка различных видов, способны соответствует одному из трех основных режимов:
- Холостому ходу.
- Короткому замыканию.
- Нагрузочному режиму.
Один из наиболее важных режимов - холостой ход трансформатора, ведь именно на основании информативных показателей опытов холостого хода проводится доскональный анализ любого их режимов. Для этого также требуются параметры схемы замещения.
Как определить коэффициент трансформации и другие параметры?
Что такое «холостой ход трансформатора»? По сути, это особый режим работы устройства, условием которого является разомкнутость вторичной обмотки, а первичная обмотка имеет номинальное напряжение. В таком состоянии, при проведении ряда расчетов, можно определить точные параметры целого ряда показателей, например, для трансформаторных устройств распространенного однофазного типа так рассчитываются:
- коэффициент трансформации;
- активное, полное, индуктивное сопротивление ветви намагничивания;
- коэффициент мощности, процентное значение тока и измерения холостого хода.
Алгоритм проведения измерений холостого хода выглядит так:
- Измеряется ток, который был приложен к первичной обмотке, посредством измерительных приборов, которые включены в общую цепь.
- Замыкается вторичная обмотка на вольтметре. Сопротивление должно быть такой величины, чтобы значение тока вторичной обмотки приближалось к минимальной отметке.
- Величина тока холостого хода в первичной обмотке минимальна относительно значения номинала, если сравнивать с прикладываемым напряжением, которое приводит в равновесие электродвижущая сила первичной обмотки. И оба этих показателя отличаются незначительно, а значит значение хода электродвижущей силы в первичной обмотке можно определить по данным вольтметра.
Наиболее точные искомые значения можно получить, используя обмотки различного напряжения - низкого и высокого. Точность таких измерений будет определяться разницей номиналов между ними.
Причины и следствия потерь холостого хода трансформатора
Потери холостого хода трансформаторных устройств любого типа — это следствие износа устройств. Со временем их магнитная система и структура используемого металла стареет и меняется, межлистовая изоляция становится хуже, а прессовка сердечника ослабляется. Естественно, вы это негативно сказывается на уровне потерь электроэнергии.
Практика показывает, что вопреки установленных нормам, согласно которым потери могут отличаться от заводских показателей не более, чем на пять процентов, во многих случаях они превышают порог в пятьдесят процентов. Особенно это касается трансформаторов силового типа. Данные измерений такого типа устройств позволяют довольно точно прогнозировать потери энергии в каждом отдельном муниципалитете.
Ответ:
Среди характеристик сварочных инверторов есть несколько важных показателей. Это напряжение питающей электросети (220 или 380 Вольт), диапазон выдаваемого тока (от 10 до 600 Ампер), имеющиеся функции, вес и габариты аппарата, а также напряжение холостого хода.
Эта характеристика показывает нам, с каким напряжением ток выходит на электрод после того, как пройдет все стадии преобразования после электросети. Напомним, что из электросети по питающему кабелю ток поступает на первый преобразователь, оттуда он выходит уже постоянным и идет на фильтр, а затем на второй преобразователь. В итоге мы снова получаем переменный ток с частотой не 50 Гц, а 20-50 кГц. Затем следует понижение входного напряжения с одновременным повышением силы тока. В итоге мы получаем выходное напряжение 55-90 Вольт и силу, которую можно регулировать в заданном для каждой конкретной модели диапазоне.
Вот это выходное напряжение и является напряжением холостого хода. От него зависит два момента:
. Безопасность инструмента для владельца;
. Легкость поджигания сварочной дуги.
Чем выше будет напряжение холостого хода, тем легче будет зажечь сварочную дугу инвертора. Казалось бы, стоит тогда покупать инверторные аппараты с высоким показателем напряжения холостого хода. Но высокое напряжение достаточно опасно для человека в случае соприкосновения, поэтому его далеко не всегда делают высоким. Если же вы все-таки хотите, чтобы зажигать дугу было легко, то стоит выбрать сварочный инвертор с высоким напряжением, но с дополнительно установленной функцией защиты, которая автоматически снижает напряжение до безопасного для человека уровня в том случае, если существует риск для пользователя, а затем возвращает уровень назад.
Если Вы ещё не выбрали сварочный инвертор, то среди бытовых моделей обратите внимание на и , из полупрофессиональных моделей можно порекомендовать и
Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать мощность, напряжение электричества в соответствии с требованиями потребителей.
В оборудовании при работе определяются некоторые потери мощности. Поэтому не вся электроэнергия, которая поступила на первичную обмотку, доходит к потребителю. При этом греется трансформатор (магнитопривод, обмотки и прочие детали). В различных конструкциях этот показатель неодинаков.
Холостой ход трансформатора позволяет определить токовые потери. Эта методика применяется в сочетании с определением напряжения в режиме короткого замыкания трансформатора. Этот процесс называется опытом агрегата. Он выполняется по определенной схеме.
Общее устройство и виды
Чтобы понять, что такое опыт холостого хода различных трансформаторов, необходимо рассмотреть, что собой представляет подобное оборудование.
Основные типы
Трансформаторами называются машины неподвижного типа, которые работают благодаря электрическому току. Они меняют входное напряжение. Существует несколько видов подобных аппаратов:
- Силовые.
- Измерительные.
- Разделительные.
- Согласующие.
Чаще всего в энергетическую цепь требуется подключение силового трансформатора. Они могут иметь две или более обмоток. Аппарат может быть однофазный (бытовая сеть) или многофазный (промышленная сеть).
Особенности установок
Отдельно выделяются автотрансформаторы. В них есть только одна совмещенная обмотка. Также бывает сварочный аппарат. Они имеют определенную сферу применения.
В однофазном и многофазном оборудовании может устанавливаться различная номинальная мощность. Она может определяться в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Маломощные однофазные и многофазные приборы могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние разновидности будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т. д. Если же этот показатель больше 1000 кВА, это установка высокой мощности.
Методология проведения опыта
Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого прекращается снабжение током всех обмоток. Они остаются разомкнутыми. После этого производится снабжение цепей электричеством. Оно определяется только на первом контуре. Аппаратура должна работать под напряжением, которое устанавливается при его производстве производителем.
Через первичный контур силовой, сварочной или прочей установки протекают токи, которые носят название ХХ. Их величина равняется не более 3-9% от заданного производителем показателя. При этом на обмотке вторичного контура электричество отсутствует. На первичном контуре ток производит магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. При этом возникает ЭДС самоиндукции на контуре первичном и взаимоиндукции – на обмотке вторичного типа.
Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора небольшой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимоиндукции.
Подход к проведению измерений
Замер потерь холостого хода может производиться в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о рассеивании тепла в обмотках (они начинают греться). В процессе проведения опыта этот показатель очень мал. Поэтому им пренебрегают.
Данные о потере тока холостого хода трансформатора представляются в виде таблицы. В ней рассчитаны параметры для стали определенных сортов и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается в аспекте мощности, которая создается в магнитом потоке и именуется потерей в стали. Она затрачивается на нагрев листов из специального сплава. Они изолируются друг от друга лаковым покрытием. При создании таких магнитоприводов не используется метод сварки.
Суть измерения
Если по какой-то причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитопривода, между ними возрастают вихревые токи. При этом система начинает нагреваться. Лаковый слой постепенно разрушается. Потери при работе установки возрастают, его эксплуатационные характеристики ухудшаются.
В таком случае потери мощности в стали увеличиваются. При проведении расчетов этих характеристик в режиме холостого хода можно выявить возникшие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.
Коэффициент трансформации
При определении работы установки применяется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена далее:
К = Е1/Е2 = W1/W2
Отсюда следует, что напряжение на вторичном контуре будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать выходное электричество, в конструкцию установки вмонтирован специальный прибор. Он переключает число витков на первичном контуре. Это анцапфа.
Для проведения опыта на холостом ходу регулятор ставится в среднее положение. При этом измеряется коэффициент.
Однофазные приборы
Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.
Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.
Трехфазные приборы
Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.
Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.
Применение коэффициента
В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.
Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.
Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.
Измерение тока
При опытном измерении тока холостого хода мастер применяет амперметры. Их необходимо подсоединять к первичной обмотке последовательно. Напряжение в контуре должно равняться номинальному значению.
Если проводится исследование работы трехфазного промышленного агрегата, замер выполняет для всех фаз одновременно или последовательно. При этом испытания производятся только для установок от 1000 кВА.
Измерение потерь
Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.
При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.
Применение ваттметра
Ваттметр позволяет произвести замер с учетом коэффициента мощности. Это дает возможность получить более точный результат. Расчет выполняется по следующей формуле:
Cos φ = P1/U1*L0
Далее необходимо создать на основе полученного результата векторную диаграмму. По каждой фазе учитываются установленные потери. Для этого чаще всего строится таблица. При этом используется схема, которая изначально применялась производителем при создании оборудования.
Полученный результат не подлежит сравнению с нормативами. Показатели сравнивают только с характеристиками предыдущих проверок. Если потери с течением времени только возрастают, это говорит о нарушении изоляции пластин магнитопривода или появлении иных нарушений. Обратить этот процесс невозможно.
Проведение замеров холостого хода позволяет оценить состояние аппаратуры, а также определить потребность в необходимости планового или аварийного ремонта. Поэтому регулярные испытания позволяют правильно спланировать работу установки, предотвратить ее непредвиденное отключение.
Интересное видео: Описание основ работы трансформатора.
