Что такое сварочный трансформатор. Для чего служит сварочный трансформатор?

Крайне важно использовать простые схемы сварочных трансформаторов для оперативного (и, прежде всего, упрощенного) управления током и напряжением электрической дуги. Сварочные трансформаторы могут быть классифицированы исключительно в зависимости от их технического проектирования.

Виды и устройство сварочных трансформаторов

Сварочный трансформатор представляет собой специальное устройство, предназначенное для ручной дуговой сварки, а также для различных других сварочных методов. В зависимости от конкретной модели и ее технических характеристик, сварочные трансформаторы подразделяются на бытовые и промышленные варианты. Основная функция, выполняемая выпрямителем или сварочным трансформатором, заключается в преобразовании сетевого тока в нужное значение, подходящее для сварки. Конструкция такого устройства состоит из нескольких ключевых компонентов, которые вместе обеспечивают создание электрической дуги. Эта дуга расплавляет металл и скрепляет детали, формируя сварной шов.

• 1 Конструкция
• 2 Принцип работы
• 3 Составные элементы
• 4 Дополнительные узлы
• 5 Разновидности
• 6 Типы конструкции
• 7 Холостой ход
• 8 На что обращать внимание при выборе?
• 9 Возможные неисправности

Конструкция

Конструкция сварочного трансформатора достаточно проста, что позволяет многим мастерам собирать такие устройства самостоятельно. Обычно простейший вариант трансформатора для сварочного аппарата может работать при подключении к однофазной сети. Этот трансформатор состоит из трех основных компонентов:

• магнитопривод (сердечник);
• первичная стационарная обмотка;
• вторичная движущаяся обмотка.

Как магнитный привод, используется элемент, изготовленный из ферромагнитной стали с замкнутым контуром. Первичная обмотка соединяется с электрической сетью, тогда как вторичная обмотка присоединена к земле и электроду. При этом сопротивление цепи уменьшается, что способствует увеличению электромагнитной связи.

Существуют и более сложные конструкции, которые могут включать дроссели и другие дополнительные компоненты, что расширяет их функциональные возможности.

Принцип работы

Суть работы сварочного трансформатора состоит в постепенном снижении выходного напряжения до уровня 60-80 В, одновременно с увеличением тока до 40-500 А. Самым распространенным режимом работы является использование переменного тока. Тем не менее, встречаются и трансформаторы, способные генерировать постоянный ток, такие устройства принято называть выпрямителями.

Все они действуют по схеме, схожей с вышеописанной. После того как напряжение подается на первичную цепь, в ней начинает протекать переменный ток, который создает магнитный поток. Этот поток приводит к появлению электродвижущей силы в обоих обмотках, что зависит от количества витков в каждой из них.

В качестве примера, если первая обмотка состоит из 100 витков, а вторая из 5 витков, то коэффициент преобразования будет равен 100:5 = 20. Таким образом, при подключении устройства к сети с напряжением 220 В, выходное напряжение получится: 220:20 = 11 В.

Чтобы изменить величину нагрузки, сварщики могут варьировать зазор электромагнитного привода. Если зазор увеличивается, ток будет уменьшаться, и наоборот. Для определения необходимого напряжения для сварки следует знать количество витков во вторичной обмотке.

Для чего нужен сварочный трансформатор

Для возникновения электрической дуги требуется напряжение, не превышающее 60-65 В. Для бытовых нужд вполне достаточно и более низкого напряжения в пределах 30-35 В. Стандартное напряжение, на которое рассчитаны проводки в некоторых странах, составляет 220 В, однако встречается и напряжение в 120 В или 380 В. Сварочный трансформатор служит для понижения входного напряжения до необходимого уровня для сварки, одновременно повышая силу тока, что существенно увеличивает эффективность сварочного процесса.

Также следует учитывать количество фаз в сети. Чаще всего в быту используют однофазные розетки, но имеются и трехфазные модели сварочных аппаратов. Трансформатор необходимо для согласования всех характеристик (напряжения, тока и количества фаз) с теми значениями, которые требуются для сварочных операций.

Дополнительной функцией трансформатора является обеспечение стабильного и непрерывного снабжения электрической энергией. Это критически важно, поскольку для получения качественного сварного шва необходимо обеспечить ровную электрическую дугу. Любые резкие колебания в напряжении могут негативно сказаться на качестве соединения. Сварочный трансформатор, отвечающий за стабилизацию тока, может помогать избежать этих проблем.

Конструкция

• Сердечник. Обычно он изготавливается из тонких стальных пластин, служащих для трансформации электромагнитного потока.
• Первичная обмотка. На эту обмотку поступает входящий ток, и она представляет собой проволоку определенной длины и сечений. Эти параметры играют важную роль в том, какое напряжение можно подавать на обмотку.
• Вторичная обмотка. На ней производится выходящий ток. В случае, если в данный момент сварка не осуществляется и вторичный ток отсутствует, этот режим называется холостым ходом трансформатора.
• Регулирующие элементы. Для установки необходимого значения выходного напряжения часто используются подвижные обмотки или системы, позволяющие перемещать рассеивающие сердечники.
• Зажимы для подключения напряжения к электродам.
• Корпус. Вся конструкция защищается кожухом, который защищает от механических повреждений и избытка тока.

Ток из сети, обычно 220 В или 380 В, подается на первичную обмотку трансформатора. Это создает электромагнитный поток, который протекает и замыкает сердечник, создавая магнитное поле, передающее напряжение на вторичную обмотку.

Параметры тока и напряжения в обмотках регулируются количеством витков в них и сечением используемого провода. Изменяя эти значения, можно изменить ток до нужных значений. Чем больше провод, тем выше напряжение, и наоборот. Поэтому во всех понижающих трансформаторах вторичные обмотки всегда имеют меньшие размеры.

Ток из вторичной обмотки передается на электроды, которые взаимодействуют с металлом, создавая процесс сварки.

Выходной ток можно регулировать изменением расположения сердечника (методом отвода) или изменением расстояния между обмотками. Чем больше расстояние между обмотками, тем меньше выходной ток, и наоборот.

Составные элементы и дополнительные узлы

• винт (вертикальный) с резьбой;
• ручка для вращения винта;
• ходовая гайка;
• система подвеса.

Также в конструкции сварочного аппарата присутствует решетка, которая позволяет воздуху проходить внутрь и проводить охлаждение трансформатора. Выведены из корпуса и изолированные провода с клеммами для подключения к электродам и металлической части. Корпус трансформатора также требует заземления.

Для улучшения работы устройства были разработаны различные дополнительный узлы. Например, конденсаторы могут использоваться при выпрямлении напряжения для сглаживания пульсаций. Возможны также установки дополнительных вторичных обмоток, импульсных стабилизаторов и фазовых регуляторов.

Для расширения функционала сварки могут быть введены дополнительные элементы сопротивления, которые подключаются к отдельным переключателям и позволяют сваривать как тонкие, так и толстые листы.

Преимущества и недостатки трансформатора перед инвертором

При сравнении сварочного аппарата с трансформатором и устройства контактной сварки выявляются некоторые преимущества:

• цена таких аппаратов составляет вдвое или втрое меньше;
• конструкция упрощена, так как отсутствуют электронные компоненты;
• ремонт становится более экономически выгодным;
• необходимых для сборки деталей можно легко сделать своими руками.

• вес и размеры, при равных характеристиках, больше;
• аппарат расходует больше электроэнергии при использовании одинаковых электродов;
• нестабильная дуга при изменениях в сетевом напряжении;
• отсутствие дополнительных функций, которые могут быть даже у экономичными вариантами инверторов.

Несмотря на недостатки трансформаторов, следует отметить, что качество сварных швов определяет не сложность машины, а опыт и навыки самого сварщика.

Классификация сварочных трансформаторов

Существует классификация устройств, основываясь на их предназначении. Они разделяются на встроенные аппараты для бытового применения и многокорпусные устройства. Мощность первых, как правило, не превышает 10 кВт, так как большая нагрузка будет недоступна для стандартной бытовой установки. Промышленные многоступенчатые сварочные трансформаторы могут иметь мощность до 500 кВт и выдерживать токи до 1000 А.

USB информации, основанной на схеме подключения сварочного трансформатора, на первичную обмотку подается однофазное или трехфазное напряжение. Существуют модель с переключателем 220/380 В и однофазные версии на 220 В для домашнего использования. В свою очередь, трехфазные сварочные трансформаторы предназначены для промышленного использования и подключаются к сети 380 В.

Классификация по конструкции включает в себя следующие виды оборудования:

1. С амплитудным регулированием при номинальном магнитном рассеивании. Здесь выходное напряжение изменяется дросселем, который расположяется на сердечнике.
2. С амплитудным регулированием, но с повышенным магнитным рассеиванием. В данном типе конструкции имеются подвижные или разнесенные обмотки, шунты, а также конденсаторные или импульсные стабилизаторы.
3. С фазовым регулятором на тиристорах.

К первым двум категориям относятся устройства, которые регулируют ток посредством изменения магнитного сопротивления сердечника или напряжения без изменения формы сигнала. Регуляторы угла фазы трансформируют синусоидальную волну в последовательность квадратных импульсов с различной полярностью. Выпускаются также двигатели постоянного тока с выпрямителем на выходе. Эта группа, по причине своих размеров и цены, относится к категории промышленного оборудования. Подобный сварочный трансформатор позволяет обрабатывать детали, изготовленные из цветных металлов и нержавеющей стали.

Какие параметры учитывать при выборе

При покупке аппарата для сварки трансформаторов необходимо учитывать условия эксплуатации и тип выполняемых работ. Выбор должен основываться на следующих параметрах:

1. Сетевое напряжение (220 или 380 В) на рабочем месте.
2. Напряжение во время холостого хода не более 70 В. Хотя при слишком низком уровне будет сложнее зажечь дугу.
3. Входная и выходная мощности. Чем меньше разница между ними, тем выше КПД трансформаторного сварочного аппарата.
4. Номинальный сварочный ток. Для бытовых моделей он не превышает 200 А, полупрофессиональные устройства способны давать 300 А, тогда как промышленные генераторы могут развивать ток до 1000 А.
5. Диапазон регулировки. Бытовые модели могут в диапазоне 50 — 200 А.
6. Длительность непрерывной работы. Бытовые аппараты могут выполнить сварку без пауз 15 — 20 минут, а промышленные устройства способны работать несколько часов.

Несмотря на простоту конструкции, сварочные трансформаторы способны обеспечивать высокое качество сварных швов. Благодаря своей элементарной конструкции они по-прежнему широко используются как для повседневной, так и для промышленной сварки. Низкая стоимость однофазного устройства быстро окупается даже при нерегулярных работах.

Принцип работы сварочного трансформатора

Сварочные трансформаторы функционируют по следующему принципу:

• Первичная обмотка получает электрический ток от источника питания, который подключен к входим проводам устройства;
• Ток, протекающий через обмотку, создает электродвижущую силу (или ЭДС) в магнитопроводе – она движется по замкнутому контуру;
• Электрический поток ЭДС в магнитопроводе достигает вторичной обмотки, производя в ней магнитный поток, который, в свою очередь, создает электрический ток;
• Этот электрический ток применяется для сварочного процесса.

Интересно, что изменяя общее количество витков и соотношение витков в обеих обмотках, можно получить необходимые характеристики выходного напряжения и тока. Именно количественная разница между обмотками служит механизмом преобразования энергии в нужные параметры.

Это позволяет использовать выходной сварочный ток для расплавления твердого материала. С учетом физико-механических свойств стали и сплавов, а также характеристик требуемого соединения, сварочное оборудование может быть спроектировано с охватывающим диапазоном рабочих параметров.

Цель конструкции и принцип работы сварочного трансформатора – снизить напряжение источника питания (до 30 вольт или более) и увеличить силу тока в сварочной дуге (300 ампер или более).

Если устройство должно функционировать с постоянным током, его называют выпрямителем, и оно имеет несколько измененную конструкцию.

Холостой ход

Сварочный трансформатор как устройство питания предназначен для двух типов использования, что предъявляет различные требования к принципу его работы:

• С нагрузкой – когда непосредственно производится сварка;
• Холостой – когда аппарат находится в режиме ожидания.

Разница между состоянием трансформатора и его вторичной обмоткой очевидна. Ток проходит через вторичную обмотку, когда зажигается сварочная дуга, но отсутствует в случае холостого хода трансформатора. В сварочном аппарате режим холостого хода также считается функциональным.

Хотя может показаться, что ток не течет, он все же присутствует: ток, поступающий в первичную обмотку, создает ЭЭД не только за счет прямого магнитного потока, но и диффузионного. Если трансформатор не является мгновенным, в катушке постоянно будет протекать небольшое количество тока, вызванного диффузионными силами.

Решающий момент заключается в том, что «инерционное напряжение» может генерироваться во вторичной обмотке даже при отсутствии дуги. Это может представлять опасность для сварщика, поскольку оно может вызвать смертельный удар электричеством. Именно поэтому на таких устройках устанавливают автоматические ограничители напряжения (обычно на уровне 48 В) и защитное заземление.

Классификация сварочных трансформаторов

Сварочный трансформатор, как техническое устройство, может иметь различные конструкции, в основном отличающиеся по принципу функционирования и назначению. Наиболее важными критериями для их классификации являются следующие:

• Напряжение питающего тока: 220 или 380 В;
• Количество фаз на входе: 1 или 3;
• Номинальная сила сварочного тока: для выпущенных промышленных трансформаторов она может составлять до 400 А, для специализированных применений существуют варианты под 1000 А;
• Номинальное напряжение «холостого» хода: от 48 до 70 В;
• Режим подачи сварочного тока: импульсный или непрерывный;
• Размеры и масса: от переносимых на плече до мощных моделей, для которых потребуется тележка или подъемное оборудование.

Условия использования также требуют адаптации. Сварочный трансформатор может быть стационарным или переносным, находиться в стандартном или защищенном от воды корпусе.

Виды трансформаторов

Существует множество различных типов сварочных трансформаторов, каждый предназначен для определенной цели:

• Схема с амплитудным регулированием и магнитным рассеиванием нормального типа: корпус обязательно оборудован дросселем на магнитопроводе, а обмотки выполнены из меди или алюминия;
• Схема с амплитудным регулированием и магнитным рассеиванием усиленного типа: в конструкцию добавлен специальный шунт (или шунты), повышающие мощность;
• Схема на тиристорах: регулирование осуществляется с помощью силовых тиристоров.

Другие параметры функционального характера могут дополнительно включаться в конструкцию.

Напряжение сети

Применение сварочного трансформатора зависит от подаваемого входного напряжения:

• 220 В: такой вариант рекомендуется для домашнего использования и для сварочных работ невысокой мощности;

• 380 В: увеличенное напряжение, обеспечивающее необходимую силу тока, позволяет обрабатывать заготовки из более толстого металла, следовательно, такие модели чаще всего применяются для производственных или ремонтных работ.

Функционал трансформатора

Сварочный аппарат с трансформатором в первую очередь предназначен для генерации тока большой мощности. Однако трудность заключается в том, что работать с постоянным током, который получается от вторичной обмотки, может быть сложно.

Причина заключается в простоте конструкции. Для улучшения характеристик тока необходимо разрабатывать модульные сварочные трансформаторы различных типов.

Иными словами, каждый дополнительный элемент может быть заменен соответствующим компонентом с другими трудовыми характеристиками, меняя ток и напряжение в нужном направлении. Наиболее значительными из таких дополнительных компонентов являются:

• обмотки: позволяющие регулировать силу тока в широком диапазоне, переключаясь между обмотками или сочетая их;
• тиристоры, диодные мосты: используются для тонкой настройки силы тока и длительности сварочного процесса;
• стабилизаторы: для выравнивания и поддержания входного напряжения при его критическом изменении (например, при работе с мощными потребителями, когда напряжение может значительно упасть – стабилизатор предотвращает это);
• сопротивления: обеспечивают плавное изменение тока при лимитированной регулировке через катушки и обмотки;
• конденсаторы: повышают мощность импульса при сварке с постоянным током.

С развитием технологий к трансформатору добавили диодные мосты и регуляторы — как средства управления.

Количество рабочих постов

Сварочный трансформатор производится только в двух вариантах:

• Для работы одного сварщика – «однопостовой» с мощностью до 10 кВт (на большее не хватит стандартной бытовой проводки);
• Для работы двух и более сварщиков – «многопостовой», обладающий значительной мощностью.

Второй вариант используется преимущественно в промышленности и в основном является стационарным.

Способ регулировки силы тока

Наиболее часто используемые способы регулировки в промышленности:

• Увеличение или уменьшение количества подключенных витков обмоток (чаще всего – вторичной);
• Размещение индуктивных или резистивных нагрузок во внутреннем объеме вторичной обмотки;
• Регулирование ЭДС сердечника;
• Задействование полупроводников.

Как выбрать?

При выборе сварочного трансформатора для домашних работ нужно учитывать все характеристики, позволяющие оборудованию справляться с поставленными задачами.

Перед покупкой сварочного оборудования сварщику следует определить следующие параметры:

• Входное напряжение;
• Мощность аппарата;
• Способы регулировки сварочного тока;
• Размеры электрода;
• Номинальный показатель силы напряжения;
• Параметры рабочего режима;
• Габариты и масса оборудования;
• Напряжение на холостом ходу.

Особенности эксплуатации

После приобретения сварочного оборудования мастер должен правильно настроить мощность и холостой ход. Важно, чтобы аппарат имел качественное подключение для работы как с трехфазным, так и с однофазным током для улучшения долговечности и возможностью сварки медной проволоки высокого качества. Следует соблюдать осторожность при работе с трансформатором и придерживаться всех правил техники безопасности.

Подключайте трансформатор только с использованием подходящих кабелей для конкретной модели. Установка таких агрегатов в помещениях с повышенной влажностью запрещена. Охлаждение аппарата должно быть предотвращено заранее – во время работы трансформатор не должен перегреваться. При выявлении неисправностей аппарата, его необходимо немедленно отключить от сети.

При использовании сварочного аппарата не забывайте о необходимых перерывах в работе для его охлаждения. Хотя сварочный трансформатор считается относительно безопасным оборудованием, эксперты советуют не прикасаться к нему во время сварки. Это может привести к электрическому удару. Перед началом сварки важно убедиться в наличии и исправности заземления.

По окончании работы аппарат должен остыть. Это предотвращает возможность получения ожогов кожи при соприкосновении.

Возможные неисправности

Как сварочный трансформатор, купленный в магазине, так и самодельный, требует регулярного обслуживания и время от времени может выходить из строя. Ремонт этого оборудования обычно не представляет трудностей и может быть выполнен практически любым сварщиком. Наиболее распространенной неисправностью, возникающей при эксплуатации сварочного аппарата, является короткое замыкание, которое может стать причиной автоматического отключения машины. Проблему можно решить, разобрав трансформатор и заменив сломавшуюся деталь.

Иногда сварочный аппарат может выйти из строя из-за перегрева, что нередко происходит, когда пользователь устанавливает ток выше, чем требуемый для нормальной работы. Длительный чрезмерный нагрев может повредить основные элементы, что может привести к необходимости полной перемотки трансформатора.

Если устройство работает и издает глухой шум, это может свидетельствовать об ослаблении болтов или гаек внутри трансформатора. Для устранения проблемы сварщику необходимо разобрать устройство и затянуть все соединения. После завершения ремонта трансформатор должен быть подвергнут пробному запуску.

Сварочный трансформатор — это не только надежный, но и простой в эксплуатации аппарат. Он используется как для бытовой сварки, так и для некоторых промышленных нужд. С помощью такого оборудования сварщик может соединять листы разной толщины.

Дополнительную информацию можно найти далее.