Из чего состоит сварочный трансформатор и как работает

Из чего состоит трансформатор для сварки и как он устроен? Однофазное устройство имеет простую структуру, состоящую из:

  • магнитного привода;
  • начальной и вторичной обмоток;
  • металлического корпуса;
  • рукоятки;
  • системы охлаждения;
  • зажима для проводов;
  • крышки корпуса;
  • ходовой гайки;
  • вертикального винта с ленточной резьбой.

Коэффициент преобразования определяет количество витков в обмотках. Проходящий переменный ток через сердечник из ферримагнитного сплава с замкнутым контуром, создает внутренне напряжение в каждом витке обмотки, оптимизируя выходное напряжение.

Начальная обмотка соединена с центральной сетью, вторичная – с массой и держателем электродов, который и осуществляет сварку. Контур теряет сопротивление, а связь электромагнитов повышается. Баланс переменного тока осуществляется с помощью регулятора.

Конструктивная особенность каждого вида сварочного трансформатора зависит от параметров:

  • формы и типа сердечника, обмоток;
  • типа и мощности преобразования тока;
  • характеристик охлаждения обмоток;
  • параметров изоляции;
  • места установки оборудования;
  • необходимых требований к массе и сопротивляемости обмоток.

Некоторые модели сварочных трансформаторов оснащены определенными узлами. Дополнительные элементы: конденсаторы, дополнительные обмотки, вентиляция, стабилизаторы, совершенствуют работу аппаратов.

Смотрите познавательно-обучающее видео про устройство сварочного трансформатора:

Какие виды сварочных трансформаторов существуют?

В зависимости от конструкции электрического устройства и метода его регулирования классифицируют на три основные группы.

  1. Аппараты амплитудного регулирования с номинальным магнитным рассеиванием. Конструкция состоит из корпуса трансформатора с дроссельным механизмом регулирования выходного напряжения, дополнительной катушки. Дроссель находится на магнитопроводе. В этих моделях обмотки медные или алюминиевые.
  2. Трансформаторы амплитудного регулирования с повышенным магнитным рассеиванием. Отличительные особенности данного вида заключаются в конструкции шунтов и обмоток. При небольшом весе оборудования рабочие характеристики заключаются в повышенном коэффициенте мощности.
  3. Тиристорные приборы. Оснащены фазорегулятором, расположенным на цепи, которая соединена с тиристорами и системой управления.

По количеству фаз сварочное оборудование бывает однофазным и трехфазным.

Первые модели работают при входящем напряжении 220 Вольт. Такие аппараты используют в основном в домашних условиях.

Трехфазные приборы работают от сети с напряжением 380 Вольт, их применяют в промышленности. Увеличенная сила тока позволяет сваривать металлические изделия большей толщины.

Существуют аппараты, способные работать от сети напряжением 220 Вольт и 380 Вольт повсеместно.

В этом видео рассказывается, в чём разница между трёхфазным и однофазным сварочным:

Как работает сварочный трансформатор?

Основная задача устройства – преобразовать высокое входящее напряжение в низкое, оптимальное для работы. Это свойство дает возможность увеличить силу тока в обмотке, и как следствие происходит плавление металла.

Трансформаторная сварка производится поэтапно:

  • ток попадает на первичную обмотку высоковольтного напряжения, затем возникает магнитное поле переменного характера;
  • магнитный поток попадает в сердечник, который передает его на вторую обмотку, минимизируя индукционные потери;
  • магнитная индукция создает электродвижущую силу, вращая электроны металла, возникает постоянный электрический ток;
  • из-за большего количество витков во вторичной намотке, напряжение падает, а сила тока повышается;
  • во время замыкания металла с электродом создается равномерная электрическая дуга, которая переносит частички металла на свариваемые детали.

Во время работы сварочный агрегат находится под постоянной нагрузкой. Но его преимущество заключается в возможности работы в режиме холостого хода.

В процессе сваривания деталей под напряжением происходит замыкание между заготовкой и электродом, образуется сварочный шов. Металлические изделия соединяются, благодаря электричеству.

После образования шва цепь размыкается. Оборудование переходит в режим ожидания (холостой ход).

Электродвижущие силы замыкаются в воздушных зазорах между витками. Именно они создают напряжение холостого хода. Такая работа аппарата считается безопасной. Показатели холостого хода достигают 48-70 Вольт. Они не должны превышать допустимые нормы.

В таких случаях применяют ограничители, которые автоматически срабатывают по окончанию процесса сварки. Для безопасной работы оборудование должно быть оснащено заземлением.

Важно! Проводить работы с электрооборудованием нужно в защищенном от влаги месте. Попадание воды на технику может вывести ее из строя.

На этом видео показан принцип работы трансформатора:

По какому принципу рассчитать сварочный трансформатор?

Сварочные аппараты бывают разной мощности. Их выбор будет зависеть от того, для какого вида сварки они используются. Основной расчет производится, исходя из количества витков в намотке и диапазона выдаваемого тока.

По назначению электроприборы делятся на:

  • бытовые трансформаторы – для сварки металлических изделий, толщиной не более 6мм, применяются для бытовых нужд в доме, гараже;
  • профессиональные аппараты – применяются в промышленных сферах, обеспечивая бесперебойную работу нескольких точек;
  • полупрофессиональные приборы – сваривают изделия до 8 мм толщиной, используются как в быту, так и в промышленности.

Отличия трансформаторов от инверторов

Отличие в процессе сварки трансформатором заключается в нестабильности электрической дуги. Сварочный шов изменяется в параметрах при малейшем колебании тока.

Инвертор имеет сложную конструкцию, состоящую из несколько узлов, управляемых блоком. Это дает возможность обеспечивать плавную регулировку тока.

Трансформаторы имеют более простую конструкцию в отличие от инверторов. Поэтому их стоимость значительно ниже, чем у современных инверторов.

Простота конструкции сводит к минимуму возможность поломки. Если оборудование вышло из строя, ремонт не потребует больших затрат.

Правила выбора оборудования

Сварочные трансформаторы выбирают в зависимости от назначения и места эксплуатации.

  1. Напряжение сети. От требуемого напряжения зависит тип аппарата. Перед покупкой оборудования, нужно выяснить какое напряжение будет в месте работы 220 В или 380 В. Несоответствие этих параметров приведет к поломке техники.
  2. Напряжение холостого хода. Появление сварной дуги зависит от напряжения холостого хода. Чем выше его показатель, тем легче создать стабильность горения дуги.
  3. Количество рабочих мест. Если для работы потребуются несколько сварщиков, то бытовые модели для таких целей не подходят.
  4. Мощность. При выборе оборудования обращают внимание на два показателя мощности – входную и выходную. Между этими показателями должен быть минимальный порог.
  5. Продолжительность работы. От этого показателя зависит степень производительности аппарата. Чем выше показатель времени работы электрооборудования, тем выше производительность.
  6. Размеры и масса, мобильность. Габариты сварочного оборудования влияют на показатель производительности. Оснащение аппарата колесами делает его удобным в эксплуатации. Можно выбрать компактный или, наоборот, громоздкий вариант техники. Это будет зависеть от его предназначения.

Важно! Выбирая модель, нужно обратить внимание на защитные функции от перегрева. Это обезопасит сварщика от серьезных последствий во время работы.

Полезное видео, особенности выбора сварочных инверторов и трансформаторов:

Заключение

Что такое сварочный трансформатор и как с ним работать, рассмотрели в данной статье. Соблюдая рекомендации по эксплуатации оборудования для сварки можно избежать существенных проблем.

Правильно выбранный вариант техники обеспечит надежной и долговечной работой в процессе эксплуатации. А результат работы будет виден в качественном сварном шве.

Общая информация

Сварочный аппарат трансформаторного типа — это один из классических представителей сварочного оборудования. Основная функция сварочного трансформатора — преобразование напряжения сети 220В или 380В в низкое, а также преобразование тока от низких до высоких значений. Любой трансформатор (будь он современный или выпущенный 30 лет назад) предназначен для ручной дуговой сварки с применением покрытых электродов.

Читайте также  Пуансон и матрица

С помощью трансформатора возможна как бытовая, так и профессиональная или промышленная сварка. В 20 веке сварочные трансформаторы широко использовались для профессиональных сварочных работ, пока их не вытеснили компактные инверторы нового поколения. Тем не менее, трансформаторы все еще используются многими сварщиками.

  • Низкая стоимость самого аппарата, а также его запчастей и технического обслуживания
  • Неприхотливость к хранению и эксплуатации
  • Высокая ремонтопригодность
  • Большая мощность
  • Возможность сварки толстых металлов
  • Большой вес и габариты, затрудняющие транспортировку
  • Не интуитивная регулировка силы тока (отсутствуют ручки и кнопки, регулировка осуществляется путем изменения величины индуктивного сопротивления или вторичного напряжения холостого хода)
  • Часто нестабильное горение дуги, затруднительный поджиг

Устройство трансформаторного аппарата и принципы его применения

Трансформатор в составе имеет 2 узла: трансформаторный и регуляторный. Первый предназначен для снижения уровня напряжения, которое поступает из электросети 220-380В. Второй отвечает за установку необходимой силы тока.

Существует несколько типов трансформаторных узлов. Они зависят от уровня напряжения, обеспечивающего стабильность работы прибора. Есть три основных типа трансформаторов: однофазный, двухфазный и трехфазный.

Модель однофазного типа комплектуется сердечником и двумя обмотками. В состав двухфазного входит два однофазных, а трехфазного — три однофазных элемента.

Регуляторный узел состоит из дросселя насыщения. Регулировка силы тока происходит изменением зазора дроссельного магнитопровода. Для этого нужно снимать корпусную крышку, что не очень удобно.

Поэтому мастера часто самостоятельно дорабатывают трансформатор, комплектуя его выведенной наружу ручкой, которой регулируют силу тока механически.

Трансформаторный и регуляторный узлы – основа сварочного трансформатора. Однако кроме них в его состав включены другие устройства.

Они не слишком усложняют механизм, потому аппараты этого типа редко получают неисправности. А в случае поломки ремонт можно провести самостоятельно.

Холостой ход

Сварочный трансформатор имеет два режима работы: под нагрузкой и холостой. Во время выполнения шва, вторичная обмотка замыкается между электродом и изделием. Мощный сварочный ток позволяет плавить металл и образовывать надежное соединение. Но когда сварка окончена, вторичная цепь размыкается. И аппарат переходит в режим холостого хода.

Электродвижущие силы в первичной катушке имеют двойное происхождение. Первые образуются из-за рабочего магнитного потока, а вторые путем рассеяния. Эти ЭДС создаются ответвляясь от основного потока в магнитопроводе, и замыкаясь между витками катушки по воздуху. Именно они и образуют величину холостого тока.

Холостой ход должен быть безопасным для жизни сварщика и ограничиваться 48 V. некоторые модели имею допустимое значение в 60-70 V. Если ЭДС от потока рассеивания превышают эти значения, то устанавливается автоматический ограничитель этого значения. Он должен срабатывать менее чем через секунду после разрыва цепи и прекращения сварки. Для дополнительной защиты сварщика корпус аппарата всегда заземляется, чтобы возникшее напряжение на кожухе, из-за повреждения изоляции первичной обмотки, миновало человеческое тело и уходило в землю.

Какие параметры учитывать при выборе

Отправляясь за трансформаторным сварочным аппаратом нужно знать об условиях эксплуатации и виде выполняемых работ. Выбор осуществляют по следующим параметрам:

  1. Сетевому напряжению (220 или 380 В) на рабочем месте.
  2. Напряжению при холостом ходе не более 70 В. Но при низком значении будет трудней зажигать дугу.
  3. Входной и выходной мощности. Чем меньше разница между ними, тем больше КПД трансформаторного сварочного аппарата.
  4. Номинальному сварочному току. У моделей бытового назначения значение не превышает 200 А, полупрофессиональные рассчитаны на 300 А, а промышленные до 1000 А.
  5. Диапазону регулировки. Бытовые модели способны изменять ток в пределах 50 — 200 А.
  6. Длительности непрерывной работы. Бытовыми аппаратами можно сваривать без перекура 15 — 20 мин, а промышленными до нескольких часов.

Несмотря на простую конструкцию, сварочный трансформатор обеспечивает высокое качество швов. Поэтому они по-прежнему широко используются для бытовой и промышленной сварки. За счет низкой цены однофазный аппарат быстро окупится даже при проведении эпизодических работ.

Различные виды конструкции

Принцип действия бытового или профессионального образца определяет то, какими техническими характеристиками владеет определённый прибор. В связи с этим образовалось множество принципов и факторов классификации подобной аппаратуры. Например, на многопостные и однопостные. Последние предназначены исключительно для бытового использования. Они рассчитаны на инвертор в 3−9 кВт. Домашние сети не рассчитаны на мощность более 10 кВт.

В отличие от предыдущих, многопостные конструкции имеют сложное строение. Они считаются профессиональными и применяются с мощностью более 10 кВт. С одним таким аппаратом может одновременно работать до десяти человек.

Также можно разделить трансформаторы по фазному принципу на однофазный и трёхфазный аппарат. Существуют модели, которые могут переключаться на различное напряжение в сети.

Для применения в домашних условиях могут подойти однофазные агрегаты, а для профессионального уровня трёхфазные. По этому фактору можно определить и напряжение на выходе. Толстые детали можно сварить исключительно трёхфазным аппаратом, так как однофазные не смогу этого сделать.

Классифицировать можно также и по типу аппарата. В основном выделяют три лидирующие группы сварок:

  • Аппараты с минимальным рассеиванием магнитного поля. Характерно для такого аппарата наличие дросселя.
  • Конструкции с большим рассеиванием магнитного поля. Они имеют довольно сложную схему. Основные её детали — это несколько обмоток, конденсаторов и стабилизаторов. Не исключено присутствие и других дополнительных элементов.
  • Тиристорные конструкции. Оборудованы фазорегулятором. Характерные особенности и преимущества — это маленький вес, большая сила тока.

Такую классификацию можно применять только к устройствам с переменным током. Сварочные трансформаторы постоянного тока к этому не относятся. Для подобных конструкций характерными особенностями являются большие габариты, сложная схема и наличие выпрямителя. Самодельный сварочный аппарат постоянного тока своими руками может сделать только профессионал.

Они являются более надёжными и удобными в работе. Такой сварочный аппарат считается профессиональным при условиях использования его на постоянном токе. Этим прибором можно работать с различными видами цветных металлов. Их стоимость довольно высока, и в связи с этим применяются для сварки только профессиональными мастерами. Домашние требования может исполнить и сварочный трансформатор переменного тока.

Все модели переменного тока можно сделать самостоятельно, как и трансформатор для полуавтомата своими руками. В качестве исходного материала можно использовать трансформаторы советского производства с двойной намоткой.

Холостой ход

Сварочные конструкции могут работать как под напряжением, так и в режиме холостого хода. Когда создаётся сварочный шов, между электродом и непосредственно объектом сварки замыкается второй слой обмотки. С помощью электрического тока металл плавится и соединяет две детали в одну конструкцию. Когда детали связаны между собой, аппарат прекращает работу и включает состояние ожидания (холостой ход).

Сборка конструкции своими руками

Все элементы будущей конструкции должны быть на отведённых местах и состоять из металла и текстолита.

По правилам сборки и большинству схем выпрямитель находится вблизи с трансформатором, а дроссель на одном уровне с выпрямителем. Регулятор напряжения должен находиться на панели аппаратного управления. Как основа для конструкции подойдёт и сталь, но рекомендуется использовать алюминий.

Читайте также  Каретка для фрезера

Можно использовать и приобретённый корпус для аппарата, например, основы для системного блока компьютера или т. п. Но главное — это прочность и надёжность конструкции.

Важно и то, что тиристоры должны размещаться на отдельной плате и далеко от трансформатора. Далеко от него также должен быть расположен выпрямитель.

Причиной такому расположению является сильное нагревание дросселя и непосредственно трансформатора.

Originally posted 2018-04-06 09:08:41.

Варианты самодельных устройств

Необязательно покупать сварочник, можно собрать конструкцию сварочного трансформатора своими руками. Для этого применяют один из следующих способов:

  1. Используют старый ЛАТР (автотрансформатор). Самое важное в ЛАТРе – это его мощный сердечник тороидальной формы. Таких магнитопроводов берут два экземпляра и наматывают на каждом кольце по обмотке. Одна будет выполнять роль первички, другая – вторички. Наиболее подходящая модель автотрансформатора для такой переработки – ЛАТР 1М, оригинальная обмотка которого может выдерживать ток до 10 ампер.
  2. Применяют магнитопровод от старого электродвижка. То, что можно взять от двигателя для изготовления сварочника, – это его статор. Его нужно только освободить от старой обмотки путем ее удаления из пазов и вынуть из корпуса, разбив или разрезав последний. Пластины сердечника после этого следует скрепить шпильками и намотать поверх него новую обмотку. Лучше для таких операций подходят те магнитопроводы движков, которые имеют большой диаметр и маленькую толщину.
  3. Переделывают в сварочный трансформаторы от старых цветных телевизоров типа ТС-310 или ТС-270. Эти сетевые преобразователи удобны тем, что имеют крупные размеры, легко разбирающийся сердечник U-образной формы.

Всем, кто знает, какой сварочный трансформатор лучше выбрать среди моделей, представленных на рынке, или имеет опыт изготовления такого устройства, поделитесь навыками в комментариях!

Холостой ход

Сварочные трансформаторы функционируют в режиме нагрузки и на холостом ходу. В процессе создания шва, между электродом и заготовкой замыкается вторичная обмотка. Электричество плавит металл, соединяя две части детали в единую конструкцию. Когда шов создан, вторичная цепь размыкается. Сварка окончена, агрегат переходит в режим холостого хода.

Электродвижущие силы (ЭДС) сначала образуются из-за созданного магнитного поля. Далее они поддерживаются путем рассеивания. Они ответвляются от главного потока в магнитоприводе.

ЭДС замыкаются между витками катушки в воздушном пространстве. Они и образуют показатели холостого напряжения. Он считается безопасным для жизни мастера. Холостой ход ограничивается показателем 48 В. В некоторых моделях это значение увеличено до 70 В. Если показатели холостого хода превышают установленное значение, необходимо применять автоматическое ограничение. Оно срабатывает сразу после прекращения сварки. Также корпус агрегата должен иметь заземление. Это способствует увеличению безопасности работы мастера.

Принцип действия

Чтобы понять принцип работы СТ, давайте, хотя бы в самых общих чертах, рассмотрим физические процессы, происходящие в однофазном двухобмоточном трансформаторе. Для иллюстрации этих процессов воспользуемся рисунком.

Физические процессы в трансформаторе. Ист. http://moiinstrumenty.ru/svarochnyj/svarochnyi-transformator-svoimi-rukami.html.

Электромагнитная схема такого трансформатора состоит из двух обмоток (первичная и вторичная), размещенных на замкнутом магнитопроводе. Последний выполнен из ферромагнитного материала, что позволяет усилить электромагнитную связь между этими обмотками. Происходит это за счёт уменьшения магнитного сопротивления контура (замкнутой цепи), по которому проходит магнитный поток трансформатора (Ф).

Первичную обмотку подключают к источнику переменного тока, вторичную – к нагрузке. При подключении к источнику электропитания, в первичной обмотке появляется переменный ток i1. Этот электрический ток создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные электродвижущие силы (далее – ЭДС): е1 и е2.

Эти ЭДС, согласно закону Максвелла, пропорциональны числам витков N1 и N2 соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt. Если пренебречь падением напряжения в обмотках трансформатора (они обычно не превышают 3…5 % от номинальных значений U1 и U2), то можно считать: e1≈U1 и e2≈U2. Тогда, путём несложных математических преобразований, можно получить связь между напряжениями и количеством витков обмоток: U1/U2 = N1/N2.

Таким образом, подбирая числа витков обмоток (при заданном напряжении U1) можно получить желаемое напряжение U2:

  • при необходимости повысить вторичное напряжение – число витков N2 берут больше числа N1. Такой трансформатор называют повышающим;
  • при необходимости уменьшить напряжение U2 – число витков N2 берут меньшим N1. Такой трансформатор называют понижающим.

Теперь мы можем, непосредственно, рассмотреть принцип действия СТ. Как сказано выше, он заключается в преобразовании входного напряжения (220В или 380В) в более низкое, которое в режиме холостого хода равно примерно 60В. Когда мы рассматриваем сварочный трансформатор, принцип работы будет очевиден после знакомства с компоновкой и функциональной схемой СТ.

Компоновка узлов СТ (в качестве примера предлагается агрегат серии «ТДМ») представлена на рисунке.

Устройство сварочного трансформатора. Ист. http://stroysvarka.ru/kak-ustroen-svarochnyj-transformator-dlya-poluavtomata/.

Пояснения к схематическому изображению сварочного трансформатора:

  • 1 – первичная обмотка трансформатора. Выполнена из изолированного провода;
  • 2 – вторичная обмотка не изолирована («голая» проволока) для улучшения теплопередачи. Кроме того, для улучшения охлаждения имеются воздушные каналы;
  • 3 – подвижная часть магнитопровода;
  • 4 – система подвеса трансформатора внутри корпуса агрегата;
  • 5 – механизм управления воздушным зазором;
  • 6 – ходовой винт. Основной элемент управления воздушным зазором;
  • 7 – рукоятка привода ходового винта.

Функциональная схема такого СТ представлена на рисунке.

Функциональная схема сварочного трансформатора с зазором магнитопровода. Ист. http://www.studfiles.ru/preview/3997689/.

Трансформатор состоит из:

  1. магнитопровода с зазором б;
  2. первичной обмотки I;
  3. вторичной обмотки II;
  4. обмотки реактивной катушки IIк.

Регулировка величины сварочного тока осуществляется изменением величины зазора в магнитопроводе. Размер зазора влияет на изменение магнитного сопротивления контура и, соответственно, величину магнитного потока, который и создаёт в обмотках электрический ток:

  • при необходимости уменьшить величину сварочного тока – величину зазора увеличивают;
  • при необходимости увеличить величину сварочного тока – величину зазора уменьшают.

Полезное видео

Посмотрите небольшой обучающий ролик об устройстве и принципе действия трансформатора:

Магнитопровод

Магнитопровод сварочного трансформатора представляет собой пакет пластин из трансформаторной стали. Вызвано это тем, что под воздействием магнитного потока в нём наводятся вихревые замкнутые электрические токи (в честь французского физика, их открывшего, названы: токи Фуко). В соответствии с правилом Ленца, магнитное поле этих токов стремиться уменьшить индукцию поля его создавшего, т. е. полезного. В результате:

  1. уменьшается КПД СТ;
  2. токи Фуко нагревают материал сердечника.

Для уменьшения этого влияния принимаются меры по уменьшению этих токов. Поэтому, как было сказано выше, магнитопровод и представляет собой пакет пластин. Поверхности пластины имеют хорошую электроизоляцию (они имеют оксидное изоляционное покрытие) и, кроме этого, часто дополнительно покрываются электроизолирующим лаком. Благодаря этому, они не представляют собой сплошной проводник, что существенно уменьшает величину токов Фуко.

Пластины между собой стягиваются шпильками в плотный пакет. Если этого не сделать (или стянуть неплотно), то они вибрируют с частотой колебаний тока в источнике питания: 50 Гц. В результате, СТ «гудит» с такой частотой.

Ограничитель холостого хода

Ограничитель напряжения холостого хода СТ применяется, в соответствии со своим наименованием, для автоматического ограничения этого параметра. Он уменьшает индуцированную при размыкании вторичной обмотки ЭДС до безопасного значения не позже, чем через одну секунду после разрыва сварочной цепи. На картинке изображена популярная модель ограничителя напряжения холостого хода однофазных сварочных трансформаторов «ОНТ-1».

Читайте также  Прозвонка мультиметром

Ограничитель напряжения холостого хода СТ «ОНТ-1». Ист. http://kiev.kv.besplatka.ua/obyavlenie/ont-1-ogranichitel-napryazheniya-holostogo-hoda-f1bc31.

Принцип действия ограничителя следующий. Мы уже знаем, что в случае разрыва сварочной цепи, резко изменяется величина магнитного потока в магнитопроводе. Это, в свою очередь, приводит к резком скачку ЭДС самоиндукции. Резкий рост величины электрического напряжения может стать причиной аварии СТ или поражения током сварщика. Ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора уменьшает эту ЭДС до безопасного значения – не более 12 В.

Смотрите больше информации про сварочные трансформаторы здесь.