Падающая характеристика и регулировка сварочного тока происходят за счет электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции, которая возникает в обмотке дросселя исключительно при наличии в ней сварочного тока. Составная часть магнитопровода дроссельной катушки – подвижной пакет, который, в свою очередь, является частью магнитопровода дросселя. От величины зазора в магнитном пакете зависит величина магнитного потока в данном магнитопроводе: он тем больше, чем меньше зазор, и наоборот. Величина магнитного потока определяет величину индуктированной ЭДС самоиндукции. Последняя постоянно направлена навстречу движению сварочного тока в цепи, который бывает тем меньше, чем больше ЭДС. Максимальная же величина ЭДС самоиндукции наблюдается при минимальном зазоре в подвижном пакете магнитопровода. Если зазор большой, то магнитный поток и ЭДС будут наименьшими, поэтому сварочный ток будет максимальным, ведь при прохождении по проводнику на его пути нет препятствий.
Благодаря описанным явлениям величина тока плавно регулируется, что и обеспечивает падающую характеристику источника тока и точно настроенный режим сварки.
Подобная схема была распространена приблизительно до 1967 года и хорошо работала, хотя не была лишена недостатков: трансформаторы, например, весили достаточно много, вследствие потерь отмечалось падение КПД, а также увеличивался расход цветных металлов.
Сейчас трансформаторы с дросселем в отдельном корпусе сняты с производства и заменены устройствами в однокорпусном варианте, например трансформаторы типа ТСД и СТН (рис. 19) с аналогичным принципом действия;
Рис. 19. Электрическая схема трансформатора типа СТН: 1 – первичная обмотка; 2 – вторичная обмотка; 3 – обмотка дросселя; 4 – подвижной пакет магнитопровода; 5 – рукоятка; 6 – магнитопровод
б) с развитым магнитным рассеянием. При увеличенных магнитных потоках во вторичной обмотке трансформатора возникает реактивная ЭДС. Трансформаторы данной группы неоднородны и подразделяются на конструкции:
– с магнитными шунтами, например СТАН-0, ОСТА-350 и др. Несмотря на то что они надежны и удобны в применении, они уже не выпускаются, так как весьма неэкономичны (приводят к повышенному расходованию металла и электроэнергии);
– с подвижной катушкой (марок ТД, ТДМ и др.) (рис. 20), производство которых поставлено на поток. Они отличаются хорошей динамикой, плавным регулированием и способностью удерживать ток на заданном уровне.
Рис. 20. Электрическая схема трансформатора с подвижными катушками: 1 – магнитопровод; 2 – вторичная обмотка; 3 – первичная обмотка; 4 – конденсатор
Данные трансформаторы бывают однофазными, стержневого типа, отличаются увеличенной индуктивностью рассеяния. Конструктивно они устроены следующим образом: катушки первичной обмотки зафиксированы, а катушки вторичной обмотки, напротив, являются подвижными. Регулирование сварочного тока осуществляется путем изменения промежутка (для этого предназначается рукоятка) между обмотками: при минимальном расстоянии ток возрастает (рукоятка поворачивается по часовой стрелке), а при максимальном расстоянии он снижается. У трансформатора имеется специальный конденсатор (фильтр), который устраняет радиопомехи, неизбежные при сварочных работах. Сварочный трансформатор типа ТСК-500 показан на рис. 21;
Рис. 21. Схема сварочного трансформатора ТСК-500: а – конструктивная; б – электрическая; 1 – зажимы для сетевых проводов; 2 – магнитопровод; 3 – рукоятка регулировки тока; 4 – зажимы для сварочных проводов; 5 – ходовой винт; 6 – катушка вторичной обмотки; 7 – катушка первичной обмотки; 8 – конденсатор
в) с жесткой характеристикой. Такие трансформаторы используются при электрошлаковой сварки (при ней дугового процесса практически нет, а сварка возможна за счет высокой температуры расплавленного шлака, которая доходит до 2000 °C, и прохождения через него тока) и рассчитаны на ток 1000–3000 А. Модели бывают одно– (ТШС-1000-1, ТШС-3000-1) и трехфазными (ТШС-1000-3, ТШС-3000-3, ТШС-600-3). Для регулирования напряжения во вторичной электрической цепи предназначаются секционные первичные и вторичные обмотки. С помощью контроллера, работающего от электродвигателя и управляющегося дистанционно, осуществляется переключение витков первичной обмотки, за которым следует изменение вторичного напряжения в сварочной цепи. Для переключения витков вторичной обмотки производится перестановка перемычек.
Для сравнения трансформаторы различных марок представлены в табл. 11.
Таблица 11. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК Для автоматической сварки под флюсом применяются трансформаторы марок ТДФ-1001 и ТДФ-1601, характеристика параметров одного из которых представлена в табл. 12.
Таблица 12. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТДФ-1001
Для обеспечения эффективной и бесперебойной работы трансформаторов их необходимо правильно эксплуатировать. Перед этим надо внимательно осмотреть и заземлить устройство, проконтролировать обмотки на предмет обрыва и проверить изоляцию обмоток от корпуса, а при обнаружении механических повреждений устранить их.
Если предполагается вести работы на открытом воздухе, следует позаботиться о защите трансформатора от осадков, поскольку отсыревшая изоляция может быть пробита. Тогда замыкания между витками не избежать.
Во время работы нельзя допускать перегрева трансформатора, что негативно отразится на состоянии изоляции обмоток. Для недопущения этого не следует размещать трансформатор рядом с источниками тепла. Кроме того, надо регулярно очищать контакты от грязи, которая может препятствовать охлаждению рабочих частей устройства.
2. От источников постоянного тока работают сварочные преобразователи, составляющими которых являются сварочный генератор и привод (электродвигатель), смонтированные на одном валу. Электрическая энергия, вырабатываемая двигателем (на них обычно устанавливают асинхронные трехфазные двигатели), преобразуется в механическую, под воздействием которой якорь генератора вращается и вырабатывает сварочный ток с соответствующими параметрами. Сварочные преобразователи бывают стационарными и мобильными.
Если вместо электродвигателя устанавливают двигатель внутреннего сгорания (ДВС), тогда такой преобразователь называется агрегатом. При этом двигатель должен иметь мощность, как минимум, 30 л. с. В среднем для осуществления сварки требуется 5–6 кг горючего в час.
Сварочные агрегаты используются для работы в полевых условиях или в том случае, когда в электрической сети наблюдаются резкие колебания напряжения. Генератор и ДВС монтируются на общей раме (например, ПАС-400-VIII), которая может снабжаться снабжается колесами. Его можно установить, например, в кузове машины, на тракторе (например, сварочный агрегат СДУ-2). Ток, полученный от сварочного генератора, обходится дороже (например, расход электроэнергии при ручной дуговой сварке от сварочного преобразователя или агрегата составляет 7–8 кВт/ч на 1 кг наплавленного металла, а КПД в среднем равен 0,4–0,5 % из-за значительных потерь на холостом ходу; расход энергии у сварочных трансформаторов – 3,5–4,25 кВт на 1 кг наплавленного металла, а КПД – 0,6–0,7 %), чем тот, что дают сварочные трансформаторы, выпрямители. Поэтому целесообразно и экономически более выгодно применять агрегат в тех случаях, когда нет электрической сети. Именно поэтому до сих пор разработчики совершенствуют бензиновые (АДБ) и дизельные (АДД) сварочные агрегаты.
Преобразовали и агрегаты имеют конструктивно схожие генераторы. Сварочный генератор – это прибор, вырабатывающий за счет собственной внешней характеристики (для этого в зависимости от сварочного тока в генераторе меняется магнитный поток) постоянный ток, необходимый для стабильного горения сварочной дуги. Чаще всего встречаются генераторы с падающей внешней характеристикой, которые применяются для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом. Для регулировки сварочного тока генератор оснащается специальным устройством.
В основу конструкции сварочных генераторов положена одна из двух систем (ранее было большое количество конструктивно различных электромагнитных систем) (рис. 22):
Рис. 22. Электрическая схема генератора: а – с независимым возбуждением: 1 – сеть; 2 – стабилизатор напряжения; 3 – понижающий трансформатор; 4 – селеновый выпрямитель; 5 – реостат; 6 – намагничивающий магнитный поток; 7 – диапазон больших токов; 8 – диапазон малых токов; 9 – перемычка; б – с самовозбуждением: 1 – намагничивающий магнитный поток; 2 – размагничивающий магнитный поток; 3 – ток намагничивающей обмотки; 4 – реостат; 5, 6, 7 – щетки на коллекторе якоря генератора; 8 – перемычка
