Schweißtransformator: Prinzip, Anforderung und Typen

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie Folgendes kennen: - 1. Funktionsweise eines Schweißtransformators 2. Anforderungen an einen Schweißtransformator 3. Typen.

Funktionsprinzip eines Schweißtransformators:

Bei einem Wechselstrom-Schweißlichtbogen bleibt der Strom nahezu sinusförmig, während die Spannung wie in Abb. 4.9 dargestellt verzerrt ist.

Unter Berücksichtigung dieser Übergänge gibt Punkt M die Spannung an, die erforderlich ist, um einen Lichtbogen zu schlagen. Der Kalk, während dessen die Spannung von Null auf die für die Wiederzündung von .arc ausreichende Spannung ansteigt, wird als ARC-WIEDERHERSTELLUNGSZEIT bezeichnet. In Bezug auf die Lichtbogenspannung wird dies mit bezeichnet. Wenn der Lichtbogen stabil und ruhig sein soll, sollte die Zeit Y so kurz wie möglich sein, da die Kathode sonst während des dazwischenliegenden Intervalls zu kalt werden könnte, um eine ausreichende Anzahl von Elektronen und Ionen zu emittieren wiederzünden und den Bogen aufrechterhalten.

Eine Möglichkeit, t 1 zu reduzieren, besteht darin, die Leerlaufspannung der Schweißstromquelle zu erhöhen, wie aus Abb. 4.10 ersichtlich ist. Die Spannungskurve 2 hat einen niedrigeren Spitzenwert als die Spannungskurve 2. Mit der Kurve 1 ist die Lichtbogenspannung E und die Lichtbogenerholungszeit ist t 1. Im Fall der Kurve 2 ist bei derselben Wiederzündungsspannung E die Lichtbogenerholungszeit t 2 ist erheblich länger als t 1 .

Um einen dauerhaften Wechselstromlichtbogen aufrechtzuerhalten, sollte die Schweißschaltung eine Induktivität * enthalten, die eine Phasendifferenz zwischen den Spannungs- und Stromübergängen in der Größenordnung von 0 bis 35 bis 0 bis 45 erzeugen würde.

Beim Schweißen mit niedrigen Strömen verliert die Kathode mehr Wärme als beim Schweißen mit hohen Strömen. Daher sollte im ersten Fall die Lichtbogenwiederherstellungszeit so kurz wie möglich sein. Beispielsweise wird bei einem Strom von 160 bis 250 Ampere ein Lichtbogen leicht initiiert, wenn der Transformator eine Leerlaufspannung von 55 bis 60 Volt hat, während bei kleinen Strömen, beispielsweise 60 bis 70 Ampere, die Leerlaufspannung des Transformators 70 betragen sollte bis 80 Volt.

Eine Erhöhung der Leerlaufspannung kann jedoch die Sicherheit des Schweißgerätes gefährden und den Leistungsfaktor (dh Lichtbogenspannung / Leerlaufspannung) des Schweißtransformators beeinträchtigen. Es ist daher unerlässlich, die Leerlaufspannung innerhalb der angewandten Bedingungen so niedrig wie möglich zu halten.

Anforderungen an einen Schweißtransformator:

Ein Schweißtransformator sollte die folgenden Anforderungen erfüllen:

1. Es sollte eine statische Volt-Ampere-Charakteristik haben.

2. Um Spritzer zu vermeiden, sollte der Stoßstrom des Schweißstroms während eines Kurzschlusses so gering wie möglich über dem normalen Lichtbogenstrom liegen.

3. Die Leerlaufspannung sollte normalerweise 80 Volt und auf keinen Fall 100 Volt überschreiten.

4. Der Ausgangsstrom sollte kontinuierlich über den gesamten verfügbaren Bereich steuerbar sein.

5. Die Leerlaufspannung sollte gerade hoch genug sein, um einen Lichtbogen leicht einzuleiten, und nicht zu hoch, um die Wirtschaftlichkeit des Schweißens zu beeinträchtigen.

Grundtypen von Schweißtransformatoren:

Die vier Grundtypen von Schweißtransformatoren sind:

1. Der Typ mit hoher Reaktanz

2. Der externe Reaktortyp

3. der integrale Reaktortyp und

4. Der sättigbare Reaktortyp.

1. Der Schweißtransformator mit hoher Reaktanz:

Wenn ein Transformator Strom liefert, werden um seine Wicklungen magnetische Flüsse erzeugt.

Die Linien des resultierenden magnetischen Flusses tr durchqueren den Magnetkreis und schneiden die Primärwicklung (I) und die Sekundärwicklung (II) wie in Abb. 4.11 gezeigt. Dies ist jedoch nicht bei allen magnetischen Flusslinien der Fall. Einige der magnetischen Flusslinien aufgrund des Primärstroms schneiden die Sekundärwindungen nicht ab und umgekehrt, da sich beide in der Luft befinden.

Im Diagramm sind diese Teilflüsse als ɸ L1 und ɸ L2 markiert. Mit anderen Worten sind sie für die Reaktanz * der Spulen verantwortlich und die jeweilige Blindspannungsabnahme über ihnen. Mit steigendem Strom nehmen auch die Streuflüsse zu und damit auch die EMK der Selbstinduktion. Aus diesem Grund führt ein Anstieg des Primär- oder Sekundärstroms zu einem Anstieg des Blindspannungsabfalls über den jeweiligen Wicklungen.

Damit ein Schweißtransformator eine steil abfallende Volt-Ampere-Charakteristik aufweist, sollten sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklung eine hohe Reaktanz haben, dh sie sollten beträchtliche Streuflüsse aufweisen. Diese Bedingung wird erfüllt, indem die Primär- und die Sekundärwicklung entweder auf getrennten Gliedern oder auf demselben Glied angeordnet werden, jedoch in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, beispielsweise in der obigen Abbildung den Abstand "b".

Die Stromsteuerung in Schweißreaktoren mit hoher Reaktanz kann durch drei Methoden beeinflusst werden. Bei einer von ihnen handelt es sich um eine bewegliche Primärspule, wie in Abb. 4.12 dargestellt. Wenn der Abstand zwischen den Wicklungen variiert, ändert sich auch die Reaktanz und somit der Ausgangsschweißstrom.

Das zweite Verfahren basiert auf der Verwendung von Gewindewindungen entweder auf der Primär- oder auf der Sekundärseite, und die Änderung des Übersetzungsverhältnisses kann durch Einführen oder Ausschalten der erforderlichen Anzahl von Windungen erfolgen, wie in Fig. 4.13 gezeigt.

Das dritte Verfahren verwendet einen beweglichen magnetischen Nebenschluss. Die Position des Shunts in den Pfaden der Streuflüsse, wie in Abb. 4.14 steuert den Ausgangsschweißstrom durch die Steuerung der Reaktanz.

2. Schweißtransformator für externen Reaktor:

Diese Art von Schweißtransformator besteht aus einem normalen Reaktanz-, Einphasen-, Abwärtstransformator und einer separaten Drossel oder Drossel.

Die induktiven Reaktanzen und Widerstände der Wicklungen in einem solchen Schweißtransformator sind niedrig, so dass ihre Sekundärspannung nur wenig mit dem Schweißstrom variiert. Die erforderliche Nachgiebigkeit oder negative Volt-Ampere-Charakteristik wird durch die im Sekundärkreis des Schweißkreises angeordnete Drossel sichergestellt. Die Drossel besteht aus einem Stahlkern und einer Wicklung, die mit einem Draht gewickelt ist, der den maximal zulässigen Strom trägt.

Wenn die Sekundärspannung des Schweißtransformators V 2 ist, die Lichtbogenspannung V arc ist und der gesamte ohmsche und reaktive Abfall über den Reaktor V 2 ist, können die drei Größen wie in Fig. 4.15 schematisch dargestellt werden und sind mathematisch wie folgt verwandt .

Somit nimmt die Lichtbogenspannung mit zunehmendem Strom oder mit zunehmendem Spannungsabfall über der Drossel ab. Dies ergibt eine negative oder abfallende Volt-Ampere-Charakteristik.

Die Steuerung des Schweißstroms kann durch zwei Verfahren erreicht werden, nämlich durch Variieren der Reluktanz des Reaktors (des Reaktors mit sich bewegendem Kern) oder durch Variieren der Anzahl der Windungen der in den Kreislauf eingebrachten Wicklung (des Abgriffreaktors).

Der Kern des Reaktors mit beweglichem Kern, wie in Abb. 4.16 gezeigt, besteht aus einem festen Abschnitt, der die Wicklung trägt, und einem beweglichen Schenkel, der durch eine geeignete Anordnung zum festen Kern hin oder von diesem weg verschoben werden kann, wodurch der Luftspalt variiert wird zwischen ihnen. Eine Vergrößerung des Luftspaltes erhöht den Widerstand des magnetischen Kreises des Reaktors, während seine Selbstinduktion und seine induktive Reaktanz abnehmen, so dass der Schweißstrom ansteigt.

Wenn der Luftspalt reduziert wird, wird auch die Reluktanz des Magnetkreises verringert, der magnetische Fluss steigt ebenso wie die induktive Reaktanz der Spule und der Schweißstrom fällt ab. Auf diese Weise kann der Schweißstrom sehr genau und kontinuierlich eingestellt werden.

In der Anzapfdrossel ist der Kern massiv ausgeführt, die Spule ist jedoch in mehrere Abschnitte unterteilt, wobei jeder Abschnitt einen zum Regulierungspunkt herausgeführten Abgriff aufweist, wie in Abb. 4.17 gezeigt. Durch Bewegen eines Kontaktarms über die Abgriffe wird die Anzahl der in den Schaltkreis eingebrachten Windungen und damit die Stärke des Schweißstroms variiert. Somit wird der Strom schrittweise geregelt.

3. Integrierter Reaktortyp Schweißtransformator:

Der in Abb. 4.18 gezeigte Schweißtransformator vom Integral-Reaktortyp weist eine Primärwicklung I, eine Sekundärwicklung II und eine Reaktorwicklung III auf. Neben den Hauptschenkeln weist der Kern zusätzliche Schenkel auf, die die Reaktorwicklung tragen. Der Strom wird durch den beweglichen Kern C eingestellt, der sich zwischen den zusätzlichen Schenkeln befindet.

Der Teil, der die Wicklungen I und II trägt, ist somit der eigentliche Transformator und der Teil, der die Wicklung III trägt, ist die Drossel.

Der Reaktor kann mit dem Sekundärreaktor entweder in Serie oder in Serie verbunden sein.

Wenn die Drossel in Reihe geschaltet wird (Abbildung 4.18 (a)), beträgt die Leerlaufspannung des Transformators

Es + E2 + Es

wobei E 2 die Sekundärspannung des Transformators und E r die Drosselspannung ist.

Die serielle Hilfsverbindung erzeugt einen stabilen Lichtbogen bei niedrigen Strömen und wird zum Schweißen dünner Bleche eingesetzt.

Wenn der Reaktor in Reihe geschaltet ist, wie in Abb. 4.18 (b) gezeigt, wird seine Spannung von der Leerlaufspannung des Transformators abgezogen, d. H.

Es + E2 - Es

Die Reihenverbindung wird zum Schweißen von dicken Platten mit starken Strömen verwendet.

4. Sättigbarer Reaktortyp-Schweißtransformator:

Bei diesem Schweißtransformator wird eine isolierte Niederspannungs-Gleichstromschaltung mit niedriger Stromstärke verwendet, um die effektiven magnetischen Eigenschaften des Magnetkerns zu ändern. Somit wird eine große Menge an Wechselstrom unter Verwendung einer relativ geringen Menge an Gleichstrom gesteuert, wodurch es möglich wird, die Ausgangsspannungs-Ampere-Kennlinie von Minimum zu Maximum einzustellen. Wenn beispielsweise in der Reaktorspule kein Gleichstrom fließt, hat sie ihre minimale Impedanz und damit die maximale Leistung des Schweißtransformators.

Wenn die Stärke von Gleichstrom mit Hilfe des Rheostaten in dem Gleichstromkreis erhöht wird, gibt es mehr durchgehende magnetische Kraftlinien, wodurch die Impedanz der Drossel erhöht wird und der Ausgangsstrom des Schweißtransformators abnimmt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass bewegliche Teile und flexible Leiter entfernt werden, und wird häufig für Stromversorgungen zum Wolfram-Lichtbogenschweißen verwendet.

Abb. 4.19 zeigt die Grundlagen der Schaltung für eine einfache sättigbare Reaktorstromquelle. Um das gewünschte Ziel von niedriger Spannung und hohem Strom zu erreichen, sind die Drosselspulen der Gleichstromsteuerspule gegenüberliegend angeschlossen.

Bei Wechselstrom ist die Wellenform für das Wolfram-Lichtbogenschweißen sehr wichtig. Der sättigbare Reaktor neigt dazu, die vom Transformator gelieferte Sinuswelle stark zu verzerren. Das Platzieren eines Luftspaltes, wie in Abb. 4.19 gezeigt, im Reaktorkern ist eine Methode, um diese Verzerrung zu reduzieren. Alternativ kann eine große Drossel in die Gleichstromsteuerschaltung eingefügt werden. Entweder eine Methode oder eine Kombination der beiden führt zu dem gewünschten Ergebnis.

Parallelbetrieb von Schweißtransformatoren:

Im Schweißbetrieb wird manchmal ein Strom benötigt, der den maximalen Schweißstrom eines Transformators übersteigt. In einem solchen Fall kann der gewünschte Schweißstrom durch Parallelbetrieb von zwei oder mehr Schweißtransformatoren erhalten werden.

Für einen solchen Parallelbetrieb ist Vorsorge erforderlich, dass die Leerlauf- oder Leerlaufspannungen der Transformatoren gleich sind. Dies ist besonders wichtig im Fall von Schweißtransformatoren mit hohem Reaktanztyp, bei denen die Leerlaufspannung und das Übersetzungsverhältnis entsprechend den Einstellungsbedingungen und dem Steuerschritt in gewissem Maße variieren.

Wenn zwei Transformatoren für den Parallelbetrieb angeschlossen werden, wie in Abb. 4.20 gezeigt, sind die gleichen Klemmen der Primärwicklungen mit den identischen Leitungsdrähten A, B, C des Versorgungsnetzes zu verbinden, wodurch das Zusammentreffen der EMK-Phasen im Netz sichergestellt wird Sekundärwicklungen. Dann sind die gleichen Anschlüsse der Sekundärteile wie gezeigt paarweise zu verbinden. Solche dreiphasigen Transformatoren mit Doppelantrieb werden in Indien von der M / s ES AB India Limited vertrieben.

Multi-Operator Schweißtransformatoren:

Ein Schweißtransformatorsystem mit mehreren Lichtbögen oder mehreren Bedienern verwendet eine Hochstrom-Konstantspannungsquelle, um gleichzeitig eine Anzahl von Schweißschaltungen bereitzustellen. Ein solches System wird verwendet, wenn in einem relativ kleinen Betriebsbereich eine große Konzentration von Schweißpunkten vorhanden ist, beispielsweise im Schiffsbau, auf Baustellen für Kraftwerke, Raffinerien und Chemieanlagen.

Ein Mehrfachbediener-Schweißtransformator mit einer flachen Volt-Ampere-Charakteristik kann einphasig oder dreiphasig sein. Der Nachteil eines einphasigen Schweißtransformators für mehrere Bediener besteht darin, dass das 3-phasige Versorgungsnetz unausgeglichen ist. Wenn ein Schweißtransformator für mehrere Bediener eine Spannung haben soll, die sich nicht mit der Last ändert (die maximale Abweichung sollte 5% nicht überschreiten), sollte er einen geringen magnetischen Verlust haben, dh eine niedrige induktive Reaktanz.

Die Anzahl der Lichtbögen oder Schweißkreise, die an einen Schweißtransformator angeschlossen werden können, kann durch die Beziehung ermittelt werden.

n = I t / I a .K

woher,

n = Anzahl der Lichtbögen oder Schweißkreise

I t = Nennausgangsstrom des Schweißtransformators

I a = mittlerer Lichtbogenstrom in jedem Schweißkreis,

K = Diversitätsfaktor.

Der Diversitätsfaktor K berücksichtigt die Tatsache, dass alle Schweißer, die mit ein und derselben Energiequelle arbeiten, nicht gleichzeitig arbeiten. Der Diversity-Faktor bezieht sich auf den durchschnittlichen Arbeitszyklus und die Wahrscheinlichkeitsgesetze, wird jedoch mit zunehmender Anzahl von Schweißern, die mit demselben Transformator arbeiten, reduziert. Normalerweise wird angenommen, dass K zwischen 0 ∙ 6 und 0 0 8 liegt.

Jede Schweißstation ist durch eine separate variable Drossel (Stromregler) verbunden, die für jeden Schweißkreis eine steil abfallende statische Volt-Ampere-Kennlinie liefert. Die Schweißkreise sind parallel geschaltet, da bei dieser Anordnung die Quelle beim Schweißen mit niedrigen Strömen in der Größenordnung von 70 bis 100 Ampere besser genutzt wird.

Hinweis:

Es ist zu beachten, dass die Schweißtransformatoren einen relativ niedrigen Leistungsfaktor aufweisen, da sie Spulen mit hohen induktiven Reaktanzen enthalten. Schweißtransformatoren dürfen daher keine höheren Leistungen aufweisen, als für die Ausführung des zugewiesenen Auftrags erforderlich sind. Sie sollten auch nicht für längere Zeit im Leerlauf betrieben werden.