Трансформатор для зварювання

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к источникам литания для дуговой электросварки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство [1], содержащее корпус с размещенным в нем витым кольцевым магнитопроводом со средним стержнем с возможностью поворота вокруг оси и расположенную на кольце намоточную часть с двумя первичными и двумя вторичными (основной и дополнительной) обмотками, Одна первичная и одна вторичная обмотки закреплены на корпусе. Участки магнитопровода, на которых расположены обмотки, не пересекаются, то есть исключается намотка одной обмотки на поверхность другой. Намоточная часть на поверхности магнитопровода расположена не равномерно. Обмотки выполнены в форме усеченного конуса и обращены меньшим основанием к среднему стержню. Недостаток устройства состоит в том, что магнитный поток, проходя через средний стержень, пересекает плоскость ленты витого магнитопровода. При этом возникают вихревые токи, вызывающие нагрев участков на стыках среднего стержня. Кроме того, в местах стыка среднего стержня с кольцевым магнитопроводом имеются воздушные зазоры, которые увеличивают магнитное сопротивление этих участков. На пути замыкания магнитных силовых линий в витом кольцевом магнитопроводе также существуют воздушные зазоры. Это является причиной увеличения магнитного сопротивления кольцевого магнитопровода. Растет ток намагничивания, увеличиваются потери энергии в первичных обмотках. Трансформатор имеет большие потоки рассеяния. Это обусловлено расположением его обмоток, предполагающим значительное удаление отдельных витков каждой обмотки от магнитопровода и от витков индуктивно связанной с ней другой обмотки, а также большим сопротивлением магнитной цепи. Большие потоки рассеяния снижают мощность электрической дуги, КПД трансформатора, ухудшают массогабаритные показатели. Регулирование сварочного тока осуществляют изменением расстояния между обмотками. Для этого магнитопровод выполняют подвижным. Реализация подвижной части приводит к усложнению конструкции устройства, увеличению его габаритов. Повышается трудоемкость изготовления. В основу изобретения поставлена задача создания трансформатора для сварки, в котором конструктивное исполнение магнитопровода и расположение его обмоток обеспечивают уменьшение потоков рассеяния и за счет этого по повышаются мощность и КПД трансформатора, улучшаются массогабаритные показатели. Поставленная задача решается тем, что в трансформаторе для сварки, состоящей из кольцевого магнитопровода и намоточной части, содержащей основную вторичную, а также расположенные на разных, не пересекающихся участках магнитопровода первичную и дополнительную вторичную обмотки, согласно изобретению магнитопровод набран из цельных, тонких, изолированных пластин кольцевой формы, намоточная часть расположена равномерно по всей длине магнитопровода, причем основная вторичная обмотка намотана на первичную. Такая конструкция пластин магнитопровода позволяет исключить воздушные зазоры на пути замыкания магнитных силовых линий. Уменьшается сопротивление магнитной цели, снижаются ток намагничивания, потоки рассеяния обмоток. Снижение потоков рассеяния обусловлено также взаимным расположением первичной и вторичной обмоток, а также равномерностью размещения намоточной части по всей длине магнитопровода. Низкие потоки рассеяния, ток намагничивания трансформатора способствуют повышению его мощности и КПД, улучшению массогабаритных показателей. При сварке на малых токах основную и дополнительную обмотки соединяют последовательно согласно. Размещение дополнительной вторичной обмотки на отдельном участке магнитопровода и удаление от первичной обмотки способствует увеличению ее потока рассеяния. Последовательное согласное включение основной и дополнительной вторичных обмоток позволяет увеличить напряжение холостого хода и поток рассеяния вторичной обмотки, повысить устойчивость горения дуги при сварке на малых токах. Заявленные отличительные признаки устройства ранее неизвестны и отвечают критерию "существенные отличия". На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого трансформатора в разрезе; на фиг.2 - внешние характеристики трансформатора. Трансформатор (фиг.1) имеет кольцевой магнитопровод 1 и намоточную часть, содержащую первичную 2, основную 3 и дополнительную 4 вторичные обмотки, Магнитопровод 1 набран из цельных, тонких, изолированных пластин 5 кольцевой формы. Такие пластины получают методом штамповки из листовой электротехнической стали. Первичная 2 и основная 3 вторичная обмотки расположены на одном участке магнитопровода 1. Дополнительная 4 вторичная обмотка - на другом участке. Указанные участки магнитопровода 1 не пересекаются. На фиг.1 обмотки 2, 3, 4 различаются штриховкой. Намоточную часть располагают равномерно по всей длине магнитопровода 1, не оставляя свободных (не заполненных обмотками) зон. Основная 3 вторичная обмотка намотана на первичную 2. Все обмотки трансформатора выполнены секционированными. Нагрузку трансформатора подключают к основной 3 вторичной обмотке. При сварке на малых токах основную 3 и дополнительную 4 вторичные обмотки, либо их части в виде одной или нескольких секций, соединяют последовательно согласно, а нагрузку подключают к выходу образованной последовательной цепи. Трансформатор работает следующим образом. На первичную 2 обмотку подают напряжение питающей сети. Во вторичной цепи возбуждается сварочная дуга. Регулирование величины сварочного тока осуществляют изменением числа секций первичной 2 и вторичных 3,4 обмоток. При этом изменяются коэффициент трансформации и выходное напряжение трансформатора. Плавное регулирование (если такое необходимо), может быть реализовано регулятором переменного тока, например, встречно-параллельными тиристорами, включенными в цепь первичной 2 обмотки. Цельная кольцевая конструкция пластин 5 позволяет исключить воздушные зазоры на пути замыкания магнитных силовых линий, поэтому магнитное сопротивление магнитопровода 1 мало, ток намагничивания трансформатора также невелик. Это способствует уменьшению потерь в меди, повышению КПД трансформатора, Магнитопровод 1 набран из тонких изолированных пластин 5, что препятствует возникновению вихревых токов, снижает потери в стали. КПД трансформатора повышается. Кольцевая конструкция магнитопровода 1, низкое сопротивление магнитной цепи способствуют снижению потоков рассеяния обмоток трансформатора. Снижению потоков способствует также равномерное расположение намоточной части по всей длине магнитопровода 1. При таком расположении обмоток 2, 3, 4 относительно магнитопровода 1 толщина намотки а, следовательно, и расстояния между витками обмотки и магнитопроводом 1 невелики. Усиление индуктивной связи между обмотками 2 и 3 обеспечивается намоткой основной 3 вторичной обмотки непосредственно на первичную 2 обмотку. Большой поток рассеяния имеет дополнительная 4 вторичная обмотка. Ее расположение на отдельной части магнитопровода, удаление от обмоток 2, 3 позволяет уменьшить индуктивную связь. Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает малые потоки рассеяния обмоток 2, 3 и увеличенный поток рассеяния обмотки 4. Малые потоки рассеяния обмоток 2, 3 позволяют уменьшить потребляемую трансформатором реактивную мощность и, как результат, снизить потери энергии в обмотках, увеличить КПД трансформатора. Мощность на выходе трансформатора (мощность электрической дуги) можно рассчитать по формуле (В.П. Никитин. Основы теории трансформаторов и генераторов для дуговой сварки. - М., 1956. - С.26) где - напряжение холостого хода вторичной обмотки; - динамическое сопротивление дуги; - полное эквивалентное сопротивление источника тока. Если нагрузка трансформатора подключена к основной 3 вторичной обмотке, то вследствие действия малых потоков рассеяния и соответствующих им индуктивностей рассеяния обмоток 2, 3 сопротивление мало. Это позволяет увеличить мощность электрической дуги Rт и ток дуги при сохранении массогабаритных показателей трансформатора Удельная мощность трансформатора (отношение мощности на выходе к массе либо объему трансформатора) возрастает. Те же значения мощности и тока дуги в известной конструкции трансформатора (в прототипе) могут быть получены при больших массогабаритных показателях. Максимальное значение выходной мощности обеспечивается при Характерно, что условие одновременно выражает и граничное условие устойчивости работы источника тока (В.П. Никитин. Основы теории трансформаторов и генераторов для дуговой сварки. - М., 1956. - С.27). Поэтому для получения максимальной мощности электрической дуги необходимо стремиться к реализации режима, в котором при минимальной положительной разности обеспечивается устойчивое горение дуги. Ток электрической дуги регулируют изменением числа секций первичной 2 и вторичной 3 обмоток. На фиг.2 сплошной линией показано семейство внешних характеристик трансформатора (для различных коэффициентов трансформации) при подключении нагрузки к основной 3 вторичной обмотке. Из характеристик видно, что при таком подключении нагрузки сварка на малых токах возможна при низких значениях напряжения холостого хода что существенно снижает устойчивость горения дуги (В.П. Никитин. Основы теории трансформаторов и генераторов для дуговой сварки. М., 1956. С.70). Последовательное соединение основной 3 и дополнительной 4 вторичных обмоток позволяет повысить напряжение холостого хода. Вследствие увеличения потока рассеяния дополнительной 4 вторичной обмотки растет эквивалентное сопротивление источника тока, что позволяет получить крутопадающую внешнюю характеристику и существенно повысить устойчивость горения дуги при сварке на малых токах. Семейство внешних характеристик при последовательном соединении основной 3 и дополнительной 4 вторичных обмоток показано на фиг.2 штриховой линией. Создан экспериментальный образец трансформатора и исследованы его характеристики. Кольцевой магнитопровод набран из цельных пластин, толщиной 0,5мм (по типу статарных пластин двигателя переменного тока). Внешний диаметр пластин кольцевой формы 310мм, внутренний - 230мм. Толщина набора 80мм. Количество витков первичной обмотки - 586, основной вторичной обмотки - 70, дополнительной вторичной обмотки - 50. Габаритные размеры трансформатора (с корпусом)- 500 ´ 450 ´ 220мм, масса 40кг. Получены следующие характеристики: мощность на выходе 24,6кВт, ток намагничивания - 1А, КПД - 0,925. Близкий по весовым и габаритным показателям трансформатор Ирландской фирмы выходе 18кВт. обеспечивает мощность на