Трансформаторы с подвижными обмотками

Наиболее распространенными типами трансформаторов этой группы являются трансформаторы серии ТС, ТД, ТДМ. При РДС чаще всего используются однофазные трансформаторы, а в состав сварочных выпрямителей входят в основном трехфазные трансформаторы.

Принцип действия такого трансформатора иллюстрирует рис. 3.3. Наибольшее распространение получила конструктивная схема трансформатора со стержневым магнитопроводом 3, цилиндрическими первичной 1 и вторичной 2 обмотками, разбитыми каждая на две катушки. Подвижная обмотка (обычно вторичная) перемещается винтовым приводом 4. Основной поток трансформатора Ф_т замыкается по магнитопроводу, а потоки рассеяния Ф_1р и Ф_2р – по воздуху в пространстве между первичной и вторичной обмотками.

Рис. 3.3. Расчетная схема трансформатора с подвижными обмотками

Падающая внешняя характеристика у трансформатора с подвижными обмотками получается благодаря увеличенному магнитному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга.

Плавное регулирование режима, как уже отмечалось, производится благодаря перемещению подвижных обмоток. Ступенчатое увеличение тока осуществляется переключением катушек первичных и вторичных обмоток с последовательного на параллельное соединение.

При кратности такого регулирования, равной 4, для стыковки двух диапазонов ступенчатого регулирования необходимо, чтобы и кратность плавного регулирования была равна 4. Тогда общая кратность регулирования составляет около 16. Индуктивное сопротивление трансформатора при параллельном соединении катушек:

. (3.4)

В этом уравнении все геометрические размеры по рис. 3.3 приведены в сантиметрах. Видно, что зависимость сопротивления трансформатора от расстояния между обмотками линейная.

Трансформаторы типа TС (рис. 3.4) имеют удлиненный магнитопровод, на нижнем ярме которого неподвижно закреплена первичная обмотка W₁. Вторичная обмотка W₂ подвижна и перемещается с помощью винтовой пары.

Рис. 3.4. Принципиальная схема трансформатора типа ТС

При изменении расстояния между обмотками изменяются магнитные потоки рассеяния. При увеличении расстояния между обмотками магнитные потоки рассеяния возрастают, индуктивное сопротивление вторичной обмотки возрастает, а сварочный ток уменьшается. При уменьшении расстояния между обмотками W₁ и W₂ идет обратный процесс.

Каждая обмотка состоит из двух катушек, расположенных попарно на общих стержнях магнитопровода. Регулировка сварочного тока плавная. Обмотки трансформатора выполнены из алюминиевого провода прямоугольного сечения марки АПСД (первичная) и алюминиевой плоской шины марки АДО (вторичная). Катушки обмоток соединяются между собой параллельно.

Трансформатор снабжен токоуказателем. Для получения надежного электрического контакта выводы вторичной обмотки армированы медными накладками.

Более поздняя модификация трансформатора ТСК выпускалась в комплекте со специальными конденсаторами для повышения коэффициента мощности трансформатора и cosφ.Трансформаторы типа ТС и ТСК в настоящее время не выпускаются.

Более удачным схемным и конструктивным решением являются трансформаторы с подвижными обмотками типа ТД (рис. 3.5). Это трансформаторы с плавно-ступенчатым регулированием сварочного тока. Для получения диапазона «больших токов» катушки первичной и вторичной обмоток соединены попарно параллельно (рис. 3.5, б).

Последовательное соединение катушек соответствует диапазону «малых токов» (рис. 3.5, а). При последовательном соединении часть витков первичной обмотки W₁ отключается, напряжение холостого хода U₂ повышается, что благоприятно сказывается на стабильности горения дуги на малых токах. Переключение диапазонов в переносных трансформаторах осуществляется при помощи перемычки, а в передвижных – переключателем барабанного типа. Переключение производят только при отключенном от сети трансформаторе, т.к. при невыполнении этого условия в переключателе возникнет короткое замыкание, которое выведет из строя трансформатор. Обмотки могут выполняться из медного, марки ПСД, или алюминиевого, марки АПСД, проводов (первичная); из медной (МГМ) или алюминиевой шины (АДО), «на ребро» (вторичная). Трансформатор снабжен токоуказателем и емкостным фильтром, расположенным на зажимах первичной обмотки и подключающимся между каждым зажимом и кожухом трансформатора. Фильтр состоит из двух малогабаритных конденсаторов и служит для снижения помех радиоприему, создаваемых в процессе сварки.

а) б)

Рис. 3.5. Принципиальная схема трансформатора типа ТД

В настоящее время выпускается третье поколение трансформаторов с подвижными обмотками типа ТДМ, в которых вследствие применения современных сортов электротехнической стали уменьшены масса и габариты трансформатора.

Трансформатор типа ТДМ-317 У2 является типичным примером серийной конструкции с подвижными обмотками (рис. 3.6). Он имеет стержневой магнитопровод 2, первичную 6 и вторичную 4 обмотки, переключатель диапазонов тока 12, регулятор тока 1, раму 8, колеса 7 и, не показанный на рисунке, кожух. Магнитопровод набран из холоднокатаных лакированных пластин высококремнистой трансформаторной стали марки 3414 толщиной 0,35 мм. Первичная и вторичная обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на стержнях магнитопровода.

Цилиндрические катушки первичной обмотки, неподвижно закрепленные у нижнего ярма, намотаны алюминиевым проводом марки АПСД со стекловолокнистой изоляцией и кремнийорганической пропиткой. Катушки вторичной обмотки, скрепленные друг с другом с помощью пластмассовой обоймы 3, намотаны «на ребро» алюминиевой шиной марки АДО, изолированы стеклолентой и пропитаны лаком. Перечисленные обмоточные и изоляционные материалы относятся к классу Н, т.е. обеспечивают работоспособность при температуре их нагрева до 160 °С.

Рис. 3.6. Конструкция трансформатора ТДМ-317 У2

Это позволило снизить массу и габариты трансформаторов серии ТДМ в сравнении с выпускавшейся ранее серией ТД. В обойму впрессована гайка, которая при вращении ходового винта обеспечивает перемещение всего пакета вторичных катушек, т.е. плавное регулирование сварочного тока. К обойме прикреплен также токоуказатель 5, перемещающийся по прорези шкалы на кожухе трансформатора. Ножевым переключателем изменяют соединение друг с другом катушек как первичной, так и вторичной обмоток, получая два диапазона регулирования тока.

На раме трансформатора имеются два штыревых разъема 9 для подключения сварочных проводов, сетевой штепсельный разъем 11 и болт заземления 10. Иногда на кожухе устанавливается пакетный выключатель сетевого напряжения.

Принципиальная электрическая схема трансформатора приведена на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Принципиальная электрическая схема трансформатора ТДМ-317-У2

Для снижения помех радиоприему трансформатор снабжен емкостным фильтром из конденсаторов С1 и С2. На каждом стержне трансформатора размещено по одной катушке первичной и вторичной обмоток. Каждая первичная катушка состоит из двух частей W₁₁ + W_11Д и W₁₂ + W_12Д. С помощью переключателя можно выполнить последовательное или параллельное соединения катушек как первичной, так и вторичной обмотки. Переключатель НП показан в положении, обеспечивающем параллельное соединение первичных и вторичных обмоток, что соответствует диапазону больших токов. Крайние внешние характеристики (рис. 3.8, а) для этого случая обозначены ВТ. Левая линия соответствует максимально раздвинутым обмоткам, правая — предельно сближенным обмоткам. При другом положении переключателя попарно последовательно соединяются катушки первичной и вторичной обмоток, что обеспечивает диапазон малых токов, внешние характеристики для этого случая обозначены МТ. При последовательном соединении отключается часть W_11Д первичной обмотки и напряжение холостого хода повышается, что благоприятно отражается на устойчивости горения при малых токах. Естественно, кратность ступенчатого регулирования при отключении W_11Д несколько снижается – с 4 приблизительно до 2,5. Поэтому и кратность плавного регулирования, достаточная для перекрытия диапазона ступенчатого регулирования, снижается приблизительно до 2,5–3, а это позволяет уменьшить ход подвижных обмоток и габариты трансформатора: Общая кратность регулирования тока при этом около 7, что вполне достаточно по условиям сварки покрытыми электродами.

Для повышения коэффициента мощности, cosφ трансформаторы типа ТДМ могут укомплектовываться конденсаторной батареей – ТДМ-503-2.

Выпускаются модификации трансформаторов для работы в особо опасных условиях. Они снабжены устройством для снижения напряжения холостого хода (ТДМ-317-1, ТДМ-318-1, ТДМ-401-1, ТДМ-402-1, ТДМ-503-1 и ТДМ-503-3). Такое устройство должно автоматически снижать напряжение холостого хода источника для ручной дуговой сварки до значения не более 12 В не позднее, чем через 1 с после размыкания сварочной цепи.