З появою електрики з'явилася можливість з'єднувати металеві елементи за допомогою зварювання. Для цього застосовуються спеціальні зварювальні трансформатори, що працюють від трифазного і однофазного напруги. Однофазні моделі призначені для включення в стандартну побутову мережу 220 Вольт. А трифазний зварювальний апарат, найчастіше, застосовується у виробничих цілях, він має велику потужність, габаритами і тривалої експлуатацією без перерви. Однак є на ринку даної техніки і універсальні пристрої, які можуть працювати і від 220 В, і від 380В. Зрозуміло, що для різних матеріалів існує свій індивідуальний процес зварювання, тому кожен зварювальний агрегат обладнаний системою регулювання і точної настройки.
За принципом дії він не відрізняється від іншого звичайного понижувального трансформатора, тільки ось струми вторинної обмотці вже дуже високі, так як він працює в режимі короткого замикання. Якщо закоротити вторинну обмотку звичайного трансформатора, то в такому режимі он пропрацює недовго, так як вона швидко перегріється і вийде з ладу. Вторинна обмотка зварювального розрахована на великі струми, тому і виконана мідним дротом великого перерізу. Напруга U2 (на висновках вторинної обмотки) безпосередньо залежить від кількості витків в ній.
Звичайно ж, мало тільки зменшити вихідну напругу, потрібно ще й змінювати силу струму. Для цього трансформатори обладнуються механізмом, розсуваються обмотки на більшу відстань, тим самим знижуючи магнітний потік, який, в свою чергу, зменшує струм у вторинній обмотці.
Будь-трансформатор для зварювання металевих різних елементів складається з:
муздрамтеатру;
Ізольовану первинну обмотку;
Вторинна обмотка;
Вентилятор, для охолодження.
Залежно від зварювальних робіт відбувається і управління процесом зварювання, всі зварювальні агрегати діляться апарати змінного і постійного струму. Звичайно ж, сам трансформатор не може працювати на постійному струмі тому сам процес випрямлення здійснюється після зниження напруги. Для цього застосовуються:
керовані тиристори, які непросто дають постійний струм для зварювання елементів, але здійснюють зміна сили струму під час цього процесу;
некеровані вентилі діоди, разом з дроселем.
Зварювальний понижуючий трансформатор є ключовим елементом, що створює дугу під час зварювання металевих деталей. Напруга на виході цього понижуючого пристрою, що працює в режимі короткого замикання, допускається не більше 80 Вольт. Для процесу ручного дугового зварювання обов'язково потрібні електроди. Побутові трансформатори для будинку виконані за однофазною схемою мають невеликі струмами при зварюванні. Головне, в побутових умовах також варто стежити і за наявністю хорошого контакту в розетці, так як струми в первинній обмотці для квартир і будинків теж дуже істотні і не кожна розетка їх витримає.
Така конструкція вважається не дорогий, але в той же час володіє непоганими характеристиками зварювання чорних металів. Для того щоб регулювати струм і відповідно дугу під час цього процесу зварювальний агрегат обладнаний розсувний системою, що збільшує відстань між котушками, а також площа сердечника. Вони через свою цінової категорії дуже поширені на виробництві, особливо в цехах із застарілим обладнанням. Мають досить великими розмірами і часто встановлюються стаціонарно.
І також як регулятор струму для зварювального апарату, застосовуються окремо розташовані дроселя, який додає індуктивності в ланцюг. Найпростіший спосіб, але найефективніший, регулювання напруги і сили струму під час виконання зварювальних робіт - це висновок декількох контактних точок з вторинної обмотки. Звісно ж, плавності зміни сили дуги в такому апараті не вийде добитися.
Такі прилади ефективніші для зварювання різних матеріалів є значно меншими габаритами і плавним регулюванням сили струму. Будь-трансформатор не може працювати на постійному струмі, це факт.
На малюнку показана найпростіша схема такого агрегату, яку можна зробити і своїми руками. Вона гарантує стабільні вихідні характеристики зварювального струму і дуги, яка є ключовим аспектом будь-зварювання.
Зварювальники знають, що при роботі від позитивного затискача виділяється більше тепла, ніж від негативного. Отже для різної товщини металу коштує виробляти свою методику.
Існують і нові розробки в цій галузі так звані зварювальні апарати інверторного типу. Трансформатор тут працює на підвищених частотах, що дає можливість знизити і габарити пристрою, його вага, і струми первинної обмотки без наслідків для створення якісної дуги.
Апарати ВДМ виробничого зварювального багатопостових випрямляча, встановлюється найчастіше стаціонарно і призначений для зварювальних постів дугового електрозварювання за допомогою металевого електрода. Дуже часто ВДМ підключаються до трифазної мережі 380 Вольт. У вибухонебезпечному середовищі, насиченою пилом різної фракції, або ж містить їдкі газові пари, що руйнують сталь і ізоляцію, експлуатація суворо заборонено. Конструктивно в ВДМ є можливість регулювати величину струму реостатом і дроселем.
Виготовлення трансформатора для зварювальних робіт, який повинен бути близький за своїми характеристиками до промислового зразка, потрібно проводити стандартними методиками підрахунку. Дана методика підійде більше побутовому влаштуванню, вона містить оптимальні значення обмоток і мінімальні габаритні розміри сердечника.
Існує два види сердечника:
броньовий;
стрижневий;
тороидальний (круглий).
При цьому стрижневі мають трохи більші свідчення ККД (коефіцієнт корисної дії) ніж броньові.
Перш ніж приступити безпосередньо до розрахунку зварювального понижувального трансформатора, необхідно визначити його потужність, яка залежить від того яка величина струму потрібна для його експлуатації. Найбільш поширені варіанти від 70 до 150 А. Розумно буде брати максимально допустимі струми вторинної обмотки трохи вище порядку 180-200 А.
Потужність зварювального трансформатора змінного струму, і апарату в цілому, буде дорівнює:
P = U2 × I2 × cos (φ) / η
де, U2 - напруга холостого ходу зварювального трансформатора рекомендується від 30 до 60 Вольт, I2 - струм зварювання, cos (φ) кут зсуву фаз між струмом і напругою. У разі розрахунку споживаної потужності cos (φ) можна взяти рівним 0,8; η- ККД, для даного пристрою приблизно можна прийняти рівним 0,7.
А також варто врахувати при цьому і тривалість експлуатації трансформатора, так як, швидше за все, йому пройдеться працювати не одну годину.
Pдл = U2 × I2 × (ПР / 100) 1/2 × 0.001
ПР - це коефіцієнт тривалості роботи в зміну, рекомендується близько 20-30%;
Найчастіше намотування проводиться вже на наявне залізо і ось формули зразкового числа витків
З обмотками на одному плечі (малюнок нижче, а):
N1 = 7440 × U1 / (Sіз × I2)
З рознесеними обмотками (малюнок нижче, б):
N1 = 4960 × U1 / (Sіз × I2)
Sіз - виміряне перетин муздрамтеатру (см2)
Такий спосіб розрахунку вважається спрощеним. Нижче додається формула розрахунку перетину мідного дроту, яким безпосередньо і буде виконана намотування.
Щільність струму в обмотках береться з довідника для мідного дроту J = 2,5 А / мм2. Для зварювального апарату постійного струму ВДМ агрегат обладнується трьома первинними і трьома вторинними обмотками, тому розрахунок проводиться інженерами і без кваліфікації його проблематично спорудити.
Для поліпшення потрібно скоротити занадто велику вторинну обмотку в 3-4 рази, зменшивши в ній напруга холостого ходу до 22-25 вольт, а ось для стабільного і впевненого запалювання дуги, додати невелику слабкострумову обмотку з напругою 80-110 вольт. Змінний струм кожної з обмоток проходить випрямлення на доданих мостах, після чого обмотки підключаються паралельно один одному.
Але також для удосконалення і поліпшення тривалої роботи зварювального трансформатора особливо в літню спекотну погоду необхідно використовувати припливну або ж витяжну вентиляцію.
Д/з: ст.43-46