Для чего служит сварочный трансформатор: устройство и принцип работы

Для монтажа металлоконструкций в промышленности и при проведении самостоятельного ремонта до сих пор применяют сварочный трансформатор. В зависимости от того для каких условий предназначен аппарат выпускаются модели бытового и промышленного назначения. Независимо от типа сварочный трансформатор сохраняет работоспособность даже при неблагоприятных погодных условиях.

Как устроен сварочный трансформатор

В классическую конструкцию включены следующие элементы:

• магнитопровод (сердечник);
• жестко закрепленная первичная катушка, намотанная изолированным проводом;
• подвижная вторичная обмотка, иногда неизолированная для лучшего охлаждения;
• вертикально расположенный винт с ленточной резьбой;
• гайка винта, скрепленная с вторичной обмоткой;
• ручка, закрепленная на верхнем конце винта;
• клеммы для подсоединения кабелей.

Устройство сварочного трансформатора

Элементы смонтированы внутри прямоугольного корпуса с продольными вырезами на стенках для прохода воздуха, отводящего тепло. В устройстве сварочного трансформатора сердечник не оказывает влияния на параметры тока, а предназначен для передачи магнитного потока между обмотками. Магнитопровод собирают из пакета пластин электротехнической стали, поверхность которых покрыта оксидной изоляцией или лаком. Таким способом снижают потери на вихревые токи, которые образуются при взаимодействии магнитного потока со сплошным проводником.

При прохождении по обмоткам переменного тока во время работы пластины вибрируют, издавая дребезжащий звук. Для уменьшения шума пакет стягивают как можно туже.

Для улучшения эксплуатационных характеристик и безопасности в трансформатор для сварки устанавливают дополнительные узлы:

• вентиляторы;
• конденсаторы;
• автоматические выключатели для защиты от перегрева и перегрузки;
• несколько вторичных обмоток;
• регуляторы тока на тиристорах;
• стабилизаторы напряжения.

Чтобы расширить диапазон регулирования тока, при сварке тонкостенного металла добавляют сопротивление в отдельном корпусе. Нужное значение устанавливают контакторами. Как дополнительное сопротивление можно также использовать стальную пружину, подключив ее последовательно с кабелем массы.

Принцип работы сварочного трансформатора

При работе трансформаторного сварочного аппарата происходит понижение сетевого напряжения с одновременным возрастанием тока. Принцип действия основан на простом физическом процессе:

• после подачи напряжения ток, протекающий по виткам первичной катушки, создает переменное магнитное поле;
• по сердечнику оно передается на вторичную обмотку;
• магнитной индукцией в катушке наводится электродвижущая сила (ЭДС), которая придает электронам направленное движение, поэтому по виткам начинает протекать ток;
• из-за меньшего числа витков во вторичной обмотке, напряжение на ней меньше, чем на сетевой катушке.

Способ регулирования сварочного тока путем изменения расстояния между обмотками основан на зависимости магнитного сопротивления сердечника от величины зазора между ними. Чем меньше промежуток, тем больше ток и наоборот. В трансформаторных сварочных аппаратах с закрепленной вторичной обмоткой магнитное сопротивление изменяют регулировкой зазора на сердечнике подвижным шунтом.

Холостой ход

Когда выполняется сварка, трансформатор работает под нагрузкой. После завершения шва переходит в режим холостого хода. Однако это не означает, что на вторичной обмотке нет напряжения. ЭДС наводится за счет ответвлений от магнитного потока.

Безопасной считается величина напряжения холостого хода сварочного трансформатора в пределах 48 — 70 В. При превышении обязательна установка автоматического ограничителя. Он снижает напряжение холостого хода до безопасной величины сразу после погасания дуги. Для защиты от поражения электрическим током при пробое изоляции первичной катушки корпус должен быть заземлен.

Преимущества и недостатки трансформатора перед инвертором

При сравнении сварочного аппарата трансформаторного типа с инвертором к достоинствам относят:

• цена в 2 — 3 раза меньше;
• конструкция проще, так как нет электронных компонентов;
• ремонт обходится дешевле;
• легкость сборки своими руками.

Недостатки:

• вес и габариты, при равных характеристиках, больше;
• большее потребление электроэнергии при работе с одинаковыми электродами;
• нестабильность дуги при колебаниях сетевого напряжения;
• отсутствие дополнительных функций, которые есть даже у бюджетных инверторов.

Несмотря на недостатки трансформаторов не нужно забывать, что качество швов зависит не от сложности аппарата, а от мастерства сварщика.

Классификация сварочных трансформаторов

По назначению аппараты классифицируются как однопостовые для бытовых нужд и многопостовые. Мощность первых обычно не превышает 10 кВт, так как большую нагрузку не выдержит домашняя электропроводка. Промышленный многопостовой сварочный трансформатор мощностью 500 кВт поддерживает ток до 1000 А. Этого достаточно для одновременной работы нескольких сварщиков.

В зависимости от схемы подключения сварочного трансформатора на первичную обмотку подают одно или трехфазное напряжение. Есть модели с переключателем 220/380 В. Для бытовых нужд выпускают оборудование в однофазном исполнении на 220 В. Трехфазные сварочные трансформаторы промышленного назначения рассчитаны на подсоединение к сети 380 В.

Классификация по конструкции содержит следующие типы аппаратов:

1. С амплитудным регулированием при номинальном магнитном рассеивании. Выходное напряжение изменяют дросселем, который расположен на сердечнике.
2. С амплитудным регулированием, но повышенным магнитным рассеиванием. В конструкцию добавляются подвижные или разнесенные обмотки, шунты, конденсаторные или импульсные стабилизаторы.
3. С фазовым регулятором на тиристорах.

К первым двум категориям относятся разновидности с регулированием тока за счет изменения магнитного сопротивления сердечника или напряжения без изменения формы. Фазовые регуляторы преобразуют синусоиду в последовательность прямоугольных импульсов разной полярности. Также выпускаются аппараты постоянного тока, на выходе которых установлен выпрямитель. Из-за больших габаритов и цены их относят к категории промышленного оборудования. Такой сварочный трансформатор позволяет работать с заготовками из цветного металла и нержавеющей стали.

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.