сварки с механическим регулированием на ток 315 А, регистрационный номер 7, модификация 1 (с ограничителем напряжения холостого хода), исполнение У, категория размещения 2.

Пример записи обозначения изделия при его заказе:

Трансформатор сварочный ТДМ-317-1У2, 380 В, 50 Гц, ГОСТ 95-77.

ГЛАВА 2

ТРАНСФОРМАТОРЫ С МЕХАНИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

2.1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформатор - это электрический аппарат, предназначенный для преобразования одного переменного напряжения в другое напряжение той же частоты.

Трансформатор содержит две (или более) электрически не связанные между собой обмотки, размещенные на замкнутом стальном маг-нитопроводе. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы изготовляются из листовой электротехнической стали. В современных отечественных сварочных трансформаторах находит преимущественное применение холоднокатаная анизотропная рулонная сталь марок 3404, 3405 толщиной 0,35 мм и 3414 толщиной 0,35 и 0,5 мм с термостойким электроизоляционным покрытием, с содержанием кремния 2,8-3,8%, выпускающаяся по ГОСТ 21427.1-83.

По характеру устройства магнитной цеш1 различают трансформаторы броневого и стержневого типа, по характеру устройства обмоток - трансформаторы с цилиндрическими и дисковыми обмотками.

В источниках переменного сварочного тока преимущественное распространение получили трансформаторы со стержневыми магнито-проводами как с цилиндрическими, так и с дисковыми обмотками; трансформаторы работают с воздушным естественным или принудительным охлаждением.

Трансформаторы с цилиндрическими обмотками (рис. 2.1,а), в которых первичные 1 и вторичные 2 обмотки наматываются концентрически одна поверх другой, относятся к группе трансформаторов с минимальным, или нормальным, электромагнитным рассеянием и являются полными аналогами силовых воздушных трансформаторов идентичной мощности.

Трансформаторы с дисковыми обмотками (рис. 2.1,6), в которых первичные 1 и вторичные 2 обмотки обычно разнесены относительно друг друга, относятся к группе специальных сварочных трансформаторов с увеличенным, или развитым, электромагнитным рассеянием.

Рис. 2.1. Трансформаторы с цилиндрическими (а) и дисковыми (б) обмотками

Анализ работы трансформатора со стальным магнитопроводом, имеющим переменную магнитную проницаемость, принято проводить на основе картины магнитного поля, схематически показанной для различных режимов работы на рис. 2.2.

Если при холостом ходе (вторичная обмотка разомкнута) к первичной обмотке приложить переменное напряжение Mj, то она станет потреблять ток холостого хода /ю. Этот ток создаст переменный магнитный поток ф1 .

Магнитный поток целесообразно разделить на две части (рис. 2.2, а): главный поток Фо и поток рассеяния Ф,. Главный поток замыкается по магнитопроводу и совпадает по фазе с реактивной составляющей тока холостого хода /jp, т.е. намагничивающим током. Связь между главным потоком и намагничивающим током определяется кривой намагничивания стального магнитопровода. Поток рассеяния Ф замыкается по параллельному пути через воздух, прямо пропорционален первичному току и совпадает с ним по фазе.

Коэффициент пропорциональности между потокосцеплением и током определяет индуктивность, и в данном случае индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора/-и = wФ/i,

W2 W1

Рис. 2.2. Картина магнитного поля трансформатора при холостом ходе (а) и при

нагрузке (б, в)

2102

в передаче мощности от первичной обмотки ко вторичной участвует только главный поток.

ЭДС самоиндукции в первичной обмотке можно также разложить на две составляющие: ЭДС, индуктируемую главным потоком, =

= - н»! и ЭДС, индуктируемую потоком рассеяния, е, = 1 j ~ •

Приложенное к обмотке напряжение Wi уравновешивает падение напряжения на активном сопротивлении обмотки и наводимые в ней ЭДС.

Заменив кривую тока эквивалентной синусоидой, пользуясь символическим методом и обозначив через составляющую напряжения, уравновеишвающую ЭДС , можно записать уравнение равновесия напряжений, построить схему замещения и векторную диаграмму трансформатора при холостом ходе (рис. 2.3, а) .

Уравнение равновесия напряжений

Ui=rJio + JojLiJio + и, (2-1)

где t/jy = -El.

Активная проводимость go (рис. 2.3,а), связанная с мощностью потерь в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи, равна

Реактивная проводимость обмотки Ьо Для намагничивающего тока bo=Iip/UE-Iio/UE,

так как обычно/jp /la-

Для удобства анализа работы трансформатора под нагрузкой принято приводить обмотки к одному числу витков. Операция приведения состоит в замене одной из обмоток эквивалентной обмоткой с числом витков, равным числу витков второй обмотки, причем такая замена не должна отразиться на режиме работы первой обмотки.

Из теории трансформаторов [23] известно, что при приведении вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки параметры эквивалентной обмотки, обозначенные индексом "штрих", связаны с параметрами основной обмотки следующими соотношениями:

е2=ие2; 12=12/"; г2=Г2П; = L-r?,

где и = vvi/vvj - коэффициент трансформации.

При приведении первичной обмотки ко вторичной

e\=eiln; i\=hn; r[=rjn\ L[s=Lisln.

После приведения можно производить непосредственное сравнение ЭДС и токов в разных обмотках.

Заменим дуговое напряжение эквивалентной синусоидой и, учитывая, что оно совпадает по фазе со сварочным током, примем нагрузку сварочного трансформатора чисто активной. При нагрузке с ростом

•ft U i. , о £

10 i

Рис. 2.3. Схемы замещения и векторные диаграммы трансформатора при холостом ходе (а) и при нагрузке (б, в)

тока /2 должен увеличиваться и ток i, при этом согласно выражению (2.1) должно снижаться напряжение Щ.

В трансфорлгаторах с нормальным рассеянием, где падения напряжения на активном и индуктивном Хи = сои сопротивлениях малы по сравнению с Щ, можно считать, что главный поток трансформатора при его нагрузке от холостого хода (/2 = 0) до номинального режима (/гном) практически не меняется. Следовательно, для возбуждения основного потока при нагрузке необходим практически тот же

намагничивающий ток, что и при холостом ходе. Разница между первичным и вторичным токами всегда должна быть такой, чтобы обеспечить намагничивающий ток, необходимый для возбуждения основного потока, что предопределяет автоматическое увеличение Il с ростом /г

В трансформаторах с развитым электромагнитным рассеянием, где падение напряжения на сопротивлении соизмеримо с величиной

= -El, рост тока нагрузки приводит к определенному снижению основного потока и намагничивающего тока.

Реальная картина электромагнитного поля трансформатора с развитым рассеянием (с разнесенными обмотками) схематически показана на рис. 2.2, б. При появлении тока /2 начинает сказьшаться его размагничивающее действие, которое заключается в том, что часть силовых линий потока, выходящего из зоны магнитопровода, связанной с первичной обмоткой (Ф1 - Фг), вытесняется из зоны магнитопровода, связанной со вторичной обмоткой. В результате при росте токов /2 и /1, помимо некоторого снижения ЭДС Е, обусловленного рассеянием первичной обмотки, вследствие снижения потока Фг существенно уменьшаются ЭДС, наводимая во вторичной обмотке, и, следовательно, напряжение на нагрузке (сварочной дуге).

Однако анализ работы и расчет трансформатора упрощаются, если реальную картину поля заменить эквивалентной (см. рис. 2.2, в), которая строится в предположении, что главный поток, замыкаясь только по магнитопроводу, сцепляется со всеми витками первичной и вторичной обмоток. При этом имеют место два самостоятельных потока рассеяния Фи и Фгх, причем поток Фгу в магнитопроводе условно направлен навстречу основному потоку. Тогда с учетом приведения ко вторичной цепи уравнения равновесия напряжений в трансформаторе запишутся в следующем виде:

i =riii +fojL\s il + UE> E2 =2/2 +j<i2sh + U,

Причем UE = -£1 = -Ez; /10 - 11 - /2 •

Этим уравнениям соответствуют схема замещения и векторная диаграмма, приведенные на рис. 2.3, б.

Если пренебречь током холостого хода, который составляет 5-7% от номинального первичного тока, можно составить упрощенные схему замещения и векторную диаграмму трансформатора (рис. 2.3, в). На схеме и диаграмме г = rl + Г2; х = х i + X2s, I2 - 1, 20 - - Штриховой линией на диаграмме показан вектор t/-. Основания перпендикуляров, опущенных из конца этого вектора на векторы I2X и /г", показьшают, как распределены активные и индуктивные падения напряжений между первичной и вторичной обмотками.

Векторные диаграммы (рис. 2.3, б, в) характеризуют работу трансформатора в одном определенном режиме нагрузки (U, I2).

О том, как меняются соотношения величин в трансформаторе при изменении нагрузки (i/„) от холостого хода до короткого замыкания,

можно судить по круговой диаграмме, которая для упрощенной схемы замещения представлена на рис. 2.4.

При коротком замьжании (t/„ = 0; /2 = I2V.) активные падения напряжения в трансформаторе определяются вектором = f/K - = 2к. а реактивные - вектором Ujp = IjkX. Эти векторы взаимно перпендикулярны и являются катетами прямоугольного треугольника с гипотенузой U20.

При различных режимах нагрузки (t/д,..., t/) вершина треугольника перемещается по окружности 7, которая является геометрическим местом концов векторов t/ja = +/2/".

Геометрическим местом концов векторов i/д является окружность 2, эксцентрическая относительно окружности 1. При построении окрзокности 2 следует учнтьшать, что при холостом ходе t/д = t/jo й, следовательно, окружность должна проходить через конец вектора {/20. а при коротком замыкании {/„ = О и {/2а = {/гк и, следовательно, окружность должна проходить через начало вектора I/jk и быть к нему касательной. Для соблюдения этих условий необходимо, чтобы ее центр О2 лежал на пересечении двух перпендикуляров: перпендикуляра к вектору U20, проходящего через его середину, и перпендикуляра к вектору f/jKi восстановленного из его начала.

От окружности напряжений, построенной на векторе (/20 как на диаметре, можно перейти к окружности токов 3. Диаметр этой окружности будет представлять собой вектор идеального тока короткого замьжания трансформатора /ко = U20IX. По фазе векторы токов совпадают с векторами напряжений дуги, а по значению могут быть найдены из соотношения /2 = U2pl\ геометрическим местом концов векторов I2, так же как и Ujp, является окружность.

Рис. 2.4. Круговые диаграммы напряжений и токов и внешняя характеристика

трансформатора