Электрическая схема трансформатора с подвижными обмотками

Трансформатор рис.2.8 имеет стержневой магнитопровод 1, подвижные первичные 2 и неподвижные вторичные 3 обмотки, а также привод 4 перемещения обмоток. 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. Электрические процессы трансформатора при анализе его режимов работы рационально рассматривать в одинаковой последовательности, облегчающей понимание и запоминание: U ® I ® Ф ® E ® U и т.д. К кроме того, конструкцию трансформатора удобно несколько упростить, оставив по одной катушке первичной и вторичной обмоток рис.2.8.

Рис.2.8. Конструкция трансформатора с подвижными обмотками

Анализ режимов работы трансформатор с подвижными обмотками ..

Режим холостого хода. При подачи напряжения U₁ на первичную обмотку с числом витков w₁ в ней появляется ток холостого хода I₀, создаваемый намагничивающую силу I₀w₁, рис. 2.9. Возникающий при этом магнитный поток холостого хода Ф_оп, зависит от намагничивающей силы и магнитного сопротивления на его пути R_m. Основная часть магнитного потока Ф₀ замыкается по магнитопроводу, меньшая часть Ф_ор, охватывающая первичную обмотку и замыкающаяся по воздуху, является потоком рассеяния.

Рис.2.9. К анализу работы трансформатора

Магнитная связь первичной обмотки со вторичной осуществляется только за счет основной части потока Ф₀. Коэффициент магнитной связи К_м показывает, какая часть потока холостого хода, создаваемая первичной обмоткой, пронизывает вторичную (К_м < 1).

Напряжение холостого хода U₀ можно изменять числом витков первичной w₁ и вторичной w₂ обмоток. В отличие от трансформатора с нормальным рассеянием трансформатор с подвижными обмотками имеет несколько меньшее напряжение холостого хода U₀, потому что коэффициент магнитной связи К_м < 1. При увеличении расстояния между обмотками, ухудшается магнитная связь между ними и снижается К_м,, а напряжение холостого хода уменьшается на 3...6 %.

Режим нагрузки. В первичной обмотке потоком Фт наводится основная ЭДС Е₁. а потоком Фр₁ - ЭДС рассеяния Ер₁, совпадающие по фазе. Во вторично й обмотке потоком Ф_т наводиться ЭДС Е_2., а потоком Ф_р2 - ЭДС рассеяния Е_р2, направленные встречно из-за встречного направления потоков Ф_т и Ф_р2. ЭДС рассеяния Е_р1 и Е_р2 пропорциональны соответствующим токам I₁ иI₂ поэтому эти ЭДС удобно представлять как падения напряжения на индуктивных сопротивлениях первичной Х₁ и вторичной Х₂ обмоток.

Анализ режима работы трансформатора целесообразно выполнять с помощью эквивалентной схемы замещения (принцип которого описан на стр.29). Эквивалентная схема замещения трансформатора идентична представленной на рис. 2.3 и рис. 2.4. Допустив, что К_м»1, тогда U₁¢» U₀ .

Из баланса напряжений для упрощенной эквивалентной схемы по второму правилу Кирхгофа

U ₁¢ = I ₁¢X₁¢ + I ₁¢R₁¢ + I ₂X₂ + I ₂R₂ + U₂,

после преобразования получают

U ₂ = U ₀ - I ₂ [j(X₁¢+X₂) +(R₁¢+R₂)]

Пренебрегая активным сопротивлением обмоток R₁¢ и R₂ и считая, что сумма индуктивных сопротивлений обмоток X₁¢ и X₂ , является общим индуктивным сопротивлением трансформатора Х_т, получают уравнение внешней характеристики трансформатора с подвижными обмотками.

U ₂ = U ₀ - I ₂ X_т. (2.27)

Графическое изображение этого уравнения приведено на рис. 2.10. Чем больше Х_т, тем более крутопадающая характеристика у трансформаторов с подвижными обмотками. при увеличении I₂ напряжение на выходных клеммах трансформатора U₂ (и на дуге U_д ) снижается.

Рис. 2.10. Внешняя характеристика трансформатора с подвижными обмотками

Режим короткого замыкания можно рассматривать как частный случай режима нагрузки. При коротком замыкании вторичной обмотки напряжение U₂ снижается до 0 и в соответствии с (2.27) ток короткого замыкания

I_к= U₀/X_т (2.28)

Настройка режима в трансформаторе с подвижными обмотками. Основной способ настройки режима, связанный с изменением индуктивного сопротивления Х_т, заключается в перемещении подвижной обмотки трансформатора. При сближении обмоток уменьшается зазор ℓ_в, и площадь сечения S_р2 , по которой замыкается поток Ф_р2 . Причем уменьшение S_р2 происходит быстрее уменьшения ℓ_р2. Поэтому с уменьшением ℓ_в увеличивается магнитное сопротивление потокам рассеяния R_mр2 и соответственно сопротивление R_m в целом. При уменьшении зазора между обмотками ℓ _в потоки рассеяния Ф_р1 и Ф_р2 снижаются, что приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции Е_р1 и Е_р2, наводимой этими потокам, следовательно - к снижению индуктивного сопротивления. В результате ток нагрузки I₂ увеличивается.

Физическое пояснение данного способа настройки следующее. При уменьшении зазора между обмотками ℓ_Â потоки рассеяния снижаются, что приводит к увеличению результирующего потока Ф_å2, пронизывающего вторичную обмотку, а, следовательно, к увеличению наводимой во вторичной обмотке ЭДС и вторичного напряжения U₂. В результате ток нагрузки I₂ увеличивается.

При перемещении обмоток обеспечивается плавная настройка тока. в реальных конструкциях кратность изменения тока ограничивают от двух до четырех. С целью получения большей кратности приходится существенно увеличивать максимальный зазор между обмоткам, габариты трансформатора и расход железа. Поэтому плавное изменение тока дополняют ступенчатым.

При ступенчатой настройке тока изменяют соединение катушек как первичной, так и вторичной обмоток. В реальном трансформаторе (рис. 2.8) первичная и вторичная обмотки имеют по две катушки. Возможны три варианта соединения катушек (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Схемы переключения катушек для ступенчатого

изменения сварочного тока

В варианте (рис. 2.11 а) используется одна первичная и одна вторичная катушки расположенные на одном стержне. Напряжение холостого хода в этом случае U₀ = U₁К_мw₂/w₁ , а индуктивное сопротивление трансформатора

Х_т =Х₁¢+ Х₂.

В варианте (рис. 2.11,б) катушки первичной обмотки соединены последовательно, аналогично соединены катушки вторичной обмотки. Напряжение холостого хода для этого случая U₀ = U₁К_м 2w₂/ 2w₁ и равно напряжению предыдущего случая. Индуктивные сопротивления отдельных катушек при этом суммируются, а общее сопротивление трансформатора увеличивается вдвое (Х_т = 2Х₁¢+ 2Х₂ = 2(Х₁¢+ Х₂)) по сравнению с первым вариантом, а ток соответственно ниже.

С целью обеспечения надежного возбуждения дуги при сварке в диапазоне малых токов одновременно с переключением катушек на последовательное - уменьшают число витков первичной обмотки. При этом снижается коэффициент трансформации, а напряжение холостого хода возрастает.

Конструкции трансформаторов с подвижными обмотками. Этот тип трансформаторов выпускается в большом количестве следующих марок:

- переносные ТДМ-165У2 и ТДМ-254У2;

- передвижные ТДМ-317У2, ТДМ-401У2, ТДМ-503У2, ТДМ-503-1У2, ТДМ-503-2У2 и ТДМ-503-3У2/3.

Сварочный трансформатор ТДМ-503У2 предназначен для питание одного сварочного поста ручной дуговой сварки, резки или наплавки. Он имеет магнитопровод стержневого типа, первичную и вторичную обмотки, переключатель диапазона тока с рукояткой, устройство плавного изменения тока, защитный кожух и колёса для перемещения на производственной площадке.

Магнитопровод собран из лакированных листов высококремнистой электротехнической стали марки 3414. Первичная и вторичная обмотки выполнены по две катушки, расположенные попарно на стержнях магнитопровода.

Неподвижные катушки первичной обмотки намотаны алюминиевым проводом марки АПСД со стеклянной изоляцией и закреплены у нижнего ярма. Подвижные катушки вторичной обмотки намотаны “на ребро” алюминиевой шиной марки АДО, изолированы стеклолентой и пропитаны лаком. Соединение катушек как первичной, так и вторичной обмоток друг с другом производят ножевым переключателем, получая два диапазона изменения тока. Сквозь верхнее ярмо магнитопровода пропущен ходовой винт устройства плавного изменения тока в каждом диапазоне, рис 2.8. При вращении ходового винта перемещается обойма, на которой закреплена вторичная обмотка. Для подключения питания сети и сварочного кабеля имеются штыревые разъемы. На каждом стержне магнитопровода рис. 2.12 расположены по одной катушке первичной ОП и вторичной ОВ обмоток. Первичная обмотка состоит из двух частей ОП₁ и ОП₂. С помощью переключателя S можно выполнить последовательное или параллельное соединение катушек как первичной, так и вторичной обмоток. Для снижения помех радиоприему трансформатор снабжен емкостным фильтром конденсаторы (С1 и С2).

Рис. 2.12. Принципиальная электрическая схема трансформатора ТДМ-503У2

Внешняя характеристика трансформатора крутопадающая, рис. 2.13. При положении переключателя S, как показано на рис. 2.12, первичные и вторичные катушки соединены параллельно, что соответствует диапазону больших токов, кривые 3, 4.

Рис. 2.13. Внешние характеристики трансформатора ТДМ-503У2

При другом положении переключателя катушки первичной и вторичной обмоток соединяются последовательно. Это обеспечивает диапазон малых токов, внешние характеристики 1 и 2. При последовательном соединении катушек часть витков первичной обмотки ОП2 отключается, а напряжение холостого хода повышается, что благоприятно отражается на возбуждении и устойчивости горения дуги в диапазоне малых токов.

Подобную конструкцию имеют трансформаторы ТДМ-317У2 и ТДМ-401У2. Отличием трансформаторов ТДМ-503-1У2 и ТДМ-503-3У2 является то, что они снабжены устройством снижения напряжения холостого хода УСНТ-06У2, ТДМ-503У2 и ТДМ-503-3У2 - конденсатором для повышения коэффициента мощности.

Переносные трансформаторы ТДМ-161У2 и ТДМ-254У2 предназначены для работы на монтаже, имеют малую массу и рассчитаны на работу при ПВ ═ 20...25%. плавная настройка режима выполняется перемещением обмоток, грубая - переключением вторичных катушек с помощью барабанного переключателя. Диапазон малых токов обеспечивается использованием одной вторичной катушки, диапазон больших токов - при параллельном соединении вторичных катушек.

Недостатком трансформаторов с подвижными обмотками является: сильная вибрация подвижных частей - обоймы с обмотками и винтового привода, ограничивающая срок их службы; трудно обеспечить дистанционное и программное управление режимом сварки; затруднена стабилизация тока или напряжения. Однако, несмотря на перечисленные недостатки, эти трансформаторы получили широкое распространение для ручной дуговой сварки из-за малой массы, простоты, высоких сварочных свойств и технико-экономических показателей.

Поиск по сайту: