Методические указания по выполнению лабораторной работы №4 по дисциплине «Источники питания для сварки»

 

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С ПОДВИЖНЫМИ КАТУШКАМИ

 

Составители             к.т.н., доц. Евченко В.М.

д.т.н., проф. Стрижаков Е.Л.

             

Исследование работы сварочных трансформаторов с подвижными катушками: Метод. указания/ ДГТУ, Ростов н/Д, 2008. – 9 с.

 

 

1.     ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

·        Изучить особенности конструктивного построения и регулирования сварочных трансформаторов с повышенным магнитным рассеянием и сварочных трансформаторов с нормальным магнитным рассеянием дополнительным индуктивным сопротивлением.

·        Исследовать влияние изменения регулируемых параметров на форму внешних характеристик трансформаторов.

·        Построить внешнюю характеристику источника питания.

В процессе работы студент должен экспериментальным путем построить внешние и регулировочные характеристики и объяснить, чем обусловлены полученные формы характеристик и их расхождения. При этом студент должен использовать багаж теоретических знаний, заводскую техническую документацию, прилагаемую к трансформаторам, методические указания и натуральный образец трансформатора.

Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен знать:

·        физический смысл и природу ЭДС самоиндукции и ЭДС индукции;

·        устройство и работу трансформаторов;

·        способы увеличения магнитных потоков рассеяния;

·        способы получения падающих характеристик трансформаторов;

·        методы измерений электрических параметров сварочной цепи.

Студент должен уметь:

·        собирать электрические схемы;

·        пользоваться измерительными приборами.

 

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

2.1. Общая характеристика

Одним из способов получения падающей внешней характеристики сварочных трансформаторов является искусственное увеличение индуктивного сопротивления обмоток, что может быть достигнуто за счет уменьшения магнитной связи между ними, т.е. за счет увеличения магнитных потоков рассеяния.

В режиме нагрузки ток, проходящий по обмоткам трансформатора, создает магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, которые, замыкаясь по сердечнику, образуют основной поток трансформатора Ф:

 

                                                                (1)

 

Однако не все магнитные силовые линии, созданные обмотками, замыкаются в магнитопроводе: часть магнитно-силовых линий замыкается по воздуху вокруг соответствующих обмоток, образуя потоки рассеяния Фр₁ и Фр₂. Магнитно-силовые линии потоков рассеяния, пересекая витки своих же обмоток, индуктируют в них ЭДС самоиндукции Ер₁ и Ер₂, которые носят реактивный характер, так как по закону Ленца оказывают противодействие причине, их вызвавшей, т.е. токам I₁ и I₂. Это противодействие и есть индуктивное сопротивление обмоток Х₁ и Х₂. Таким образом:

 

, а                                               (2, 3)

 

Отсюда следует, что при заданном токе для увеличения индуктивных сопротивлений Х₁ и Х₂ необходимо увеличить Ер₁ и Ер₂, т.е. увеличить потоки рассеяния Ф₁ и Ф₂.

Для этого в сварочных трансформаторах искусственно увеличивают индуктивное сопротивление обмоток, применяя три известных принципа конструктивного исполнения: сварочный трансформатор с подвижными катушками, сварочный трансформатор с магнитными шунтами, сварочный трансформатор со встроенной катушкой.

В данной работе рассмотрим первый, наиболее простой, который заключается в том, что в сварочных трансформаторах (ТД, ТС) обмотки удаляют друг от друга. Благодаря этому некоторое количество магнитных силовых линий рассеивается и замыкается вокруг своей обмотки, не охватывая другую (рис. 1). Трансформатор (рис. 1,а) имеет стержневой магнитопровод 1, подвижные первичные 2 и неподвижные вторичные 3 обмотки, а также привод 4 перемещения обмоток. Между катушками имеется воздушный зазор ℓ_В

Распространена также конструкция с подвижными вторичными и неподвижными первичными обмотками. При значительном расстоянии между первичной и вторичной обмотками велики потоки рассеяния и индуктивное сопротивление трансформатора, что приводит к изменению тока. Ступенчатое регулирование тока выполняется изменением соединения катушек каждой обмотки между собой. ,

 Конструкцию трансформатора удобно несколько упростить, оставив по одной катушке первичной и вторичной обмоток рис. 1,б..

 

 

 

а)

 

Рис. 1.. Конструкция трансформатора с подвижными обмотками(а) и

                  распределение магнитных потоков в сердечнике трансформатора(б).

 

Величина потоков рассеяния зависит от расстояния между обмотками. Таким образом, изменяя это расстояние, можно осуществлять плавное регулирование сварочного тока, так как его значение определяется индуктивным сопротивлением трансформатора:

 

                                                    (4)

 

Напряжение холостого хода при регулировании меняется незначительно (2-3 В). Некоторое снижение U_xx при регулировании на малые токи, объясняется увеличением потока рассеяния при удалении обмоток друг от друга.

Семейство внешних характеристик трансформатора с подвижной обмоткой приведено на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Внешние характеристики трансформатора

 

2.2. Исследование работы трансформатора с подвижной обмоткой

 

Сварочные трансформаторы ТД-300, ТД-500, ТД-502, ТД-102, ТД-306  выпускаются в однокорпусном исполнении и предназначены для питания дуги при ручной дуговой сварке, резке, наплавке. Все они работают по одному принципу и различаются лишь мощностью и конструктивными особенностями.

Конструкция трансформаторов этого типа предусматривает перемещение катушек вторичной обмотки, расположенной в верхней части стержневого магнитопровода, с помощью ходового винта. Катушки первичной обмотки неподвижны и закреплены у нижнего ярма сердечника.

Благодаря тому, что катушки первичной и вторичной обмоток расположены на некотором расстоянии друг от друга, трансформатор имеет повышенное индуктивное сопротивление.

При вращении ходового винта ходовая гайка вместе с катушками вторичной обмотки перемещается вертикально, что обеспечивает регулирование сварочного тока за счет изменения расстояния между вторичной и первичной обмотками. Ходовой винт приводится во вращение путем поворота рукоятки, находящейся сверху трансформатора. На крышке кожуха укреплена шкала сварочного тока. Перемещение указателя шкалы осуществляется планетарной передачей от ходового винта.

Шкала градуирована в значениях тока для номинального напряжения на дуге 30 В.

Кроме основного диапазона регулирования трансформаторы имеют вспомогательный диапазон регулирования сварочного тока, позволяющий расширить пределы регулирования в сторону меньших токов.

Для перехода от основного диапазона регулирования на вспомогательный необходимо произвести переключение катушек с параллельного соединения на последовательное как в первичной, так и во вторичной обмотках.

При последовательном соединении некоторая часть витков первичной обмотки отключается и напряжение холостого хода увеличивается. Это благоприятно сказывается на стабильности горения дуги на малых токах.

 

3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

 

Изучить конструкцию трансформаторов и ознакомиться с паспортными данными. Изучить принципиальную и монтажную схемы.

Снять семейство внешних характеристик трансформаторов при 3-х положениях подвижной катушки U_н = f(I_г), а также регулировочную кривую I_2к = f(b) где b – расстояние между катушками.

Оборудование, приборы и материалы, необходимые для выполнения работы приведены в табл.1.

 

Таблица 1

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Снять кожух и крышку трансформатора. Изучить расположение и соединение катушек обмоток. Изучить устройство регулировочного механизма. Замерить ход подвижной катушки.

Собрать электрическую схему для проведения экспериментальной части работы (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Электрическая схема

 

К выходным клеммам сварочного трансформатора 1 подключается один балластный реостат 2. Вольтметр 3 измеряет напряжение на выходе трансформатора, а амперметр 4 через трансформатор тока 5 – ток нагрузки. Короткое замыкание сварочной цепи осуществляется рубильником 6.

После проверки схемы руководителем приступить к исследованию трансформатора, для чего в начале установить на шкале регулятора минимальное значение тока (максимальное расстояние между обмотками). Включить трансформатор и произвести отсчет показаний приборов на холостом ходу. Затем, увеличивая постепенно нагрузку, закончить опыт коротким замыканием. Всего должно быть сделано 7 замеров. Отсчет показаний приборов производить по команде по возможности одновременно. Показания приборов записать в таблицу по прилагаемой форме (табл. 1).

Последующие серии опытов делаются аналогично, но при разных расстояниях между обмотками. Всего делается 3 серии опытов: малые, средние и большие токи.

 

Таблица 1

 

Для построения регулировочной кривой I_кз = f(b) используются данные, занесенные в табл. 2.

 

Таблица 2.

 

Построить графики внешних и регулировочной характеристик трансформатора.

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

5.1. Наименование работы.

5.2. Цель работы.

5.3. Электрическая схема для снятия внешних и регулировочной характеристик.

5.4. Таблицы экспериментальных данных.

5.5. Графики внешних и регулировочной характеристик трансформатора и их описания.

5.6. Выводы по работе.

 

6. ЛИТЕРАТУРА

 

1.     Ленивкин В.А., Евченко В.М., Стрижаков Е.Л. Источники питания для сварки: учеб. пособие – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2008. – 274 с.

2.     Ленивкин В.А. Милютин В.С. Петров П.И. Евченко В.М. Источники питания для сварки. Часть ІІ. Источники постоянного тока: Учеб. пособие. Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 1994. - 115 с.

3.     Закс М.И. Сварочные выпрямители – Л,: Энергоиздат, 1983. – 200 с.

4.     Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги. – М.; Высшая школа, 1982.

 

7. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СВАРКИ»

 

При работе в лаборатории источников питания сварочной дуги студентам приходится иметь дело с действующими электрическими установками и приборами, поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности от возможного поражения электрическим током. Наиболее часто поражение током происходит либо при прикосновении к неизолированным частям электрооборудования, находящимися под напряжением, либо в результате отсутствия заземляющих устройств.

Все студенты должны обязательно соблюдать следующие правила техники безопасности:

1.   Перед началом работы проверить надежность заземления корпусов источников питания.

2.   Приступать к сборке электросхемы можно только при выключенном напряжении питающей сети. При этом защитные кожухи на борновых досках напряжения сети должны быть подняты, а рычаг кожуха должен нажимать на кнопку "стоп" магнитного пускателя. Об отсутствии напряжения можно судить по электролампе, установленной под магнитным пускателем. При выключенном пускателе лампа не горит.

3.   Включение магнитного пускателя допускается только после проверки схемы руководителем и получения его разрешения.

4.   При включенном оборудовании не прикасаться к его корпусу и клеммам, а также к клеммам измерительных приборов. Естественно, никаких переключений производить нельзя.

5.   Переключение регулирующих устройств трансформаторов и выпрямителей можно производить только при отключенной питающей сети. Изменение положения регулировочных реостатов у сварочных генераторов производится при работающих приводных электродвигателях, но обязательно на холостом ходу.

6.   Не допускается включение и выключение оборудования под нагрузкой.

7.   Разбирать электрическую схему необходимо при выключенном магнитном пускателе, но только после разрешения руководителя работ.