Все что нужно знать о сварочном трансформаторе от А до Я

Для Вас мы подготовили подробное описание и принцип работы сварочного трансформатора. Наши эксперты рассказали об основных разновидностях, дали рекомендации по выбору, описали достоинства и недостатки.

Что такое сварочный трансформатор и для чего он служит

Сварочный трансформатор применяется для образования неразъёмных соединений в производственных и ремонтных целях настолько широко, что уже стал классическим оборудованием.

Сварочный трансформатор предназначен для следующих задач:

• преобразование высокого сетевого напряжения в низкое, а низкой силы электрического тока в высокую;
• осуществление сварочных и наплавочных работ посредством расходования покрытых электродов.

При совмещении результатов этих процессов осуществляется ручная дуговая сварка. Несмотря на освоение этой техники уже более 100 лет назад трансформатор до сих широко применяется.

Причинами этого являются простота и дешевизна устройства, его низкая неприхотливость и высокая ремонтопригодность, а также универсальность как для технического средства производства.

Если вы хотите узнать какие бывают способы сварки, то переходите по ссылке.

Рассмотрим устройство и принцип действия сварочного трансформатора, а также его основные конструкционные особенности.

Устройство сварочного трансформатора

Трансформатор для сварки состоит из таких основных деталей и узлов:

обмотка первичная: служит для поступления электрического тока от источника питания (бытового или промышленного напряжения, генератора), выполняется стационарной;

обмотка вторичная: в отличие от первичной, выполняемой изолированной, устройство вторичной выполняется проводом без изоляции, что позволяет достичь повышенная теплоотдача для снижения сопротивления обмотки, выполняется подвижной;

магнитопровод: механическая основа, на которой устанавливаются обмотки, и в которой будет образовываться магнитный поток, поэтому выполняют его из специальных электротехнических сталей;

винты крепления: они соединяют не только отдельные листы магнитопровода, но и другие части между собой;

провода в изоляции: для питания самого трансформатора;

клеммы или зажимы: для снятия напряжения с агрегата и подачи его на свариваемое изделие;

корпус металлический: для размещения всех частей и предотвращения электротравм;

элементы управления рабочими током и напряжением: кнопки, переключатели и т.д.

Данные элементы являются базовыми, без них работа агрегата невозможна.

Другие части добавляются при необходимости в расширении возможностей. К примеру, для улучшения характеристик тока и повышения плавности управления добавляют дроссель.

Чтобы узнать как правильно выбрать сечение кабель для сварочного аппарата переходите по ссылке.

Устройство магнитопровода

Любой сварочный трансформатор основывается на магнитопроводе, это – его основа. Он предназначен для проведения по замкнутому контуру возникающего магнитного потока. Такой принцип работы устанавливает требования к нему: единый элемент, на котором размещаются проводные обмотки.

Классический формат магнитопровода – пакет стальных пластин, стянутых винтами. Будучи изготавливаемыми из специальной трансформаторной стали, пластины обладают повышенными ферромагнитными свойствами и становятся качественным проводником вихревых электрических токов.

Конструкция из отдельных пластин целесообразна для пониженного нагревания магнитопровода. Для изоляции они разделяются специальными лаками и оксидными покрытиями.

Монолитность изделия обеспечивается метизами. Плотное стягивание шпильками предотвращает сильное гудение, вызываемое потоком, замыкающимся на сердечнике. Переменный ток изменяет направление от 50 раз за секунду, что приводит к вибрации отдельных пластин.

Принцип работы сварочного трансформатора

Сварочные трансформаторы функционируют по такой схеме:

• первичная обмотка получает электрический ток извне – от источника питания, связанного со входными проводами устройства;
• ток, протекающий по обмотке, создаёт электродвижущую силу (или ЭДС) в магнитопроводе – как феномен направленного действия, она движется по имеющемуся контуру;
• поток ЭДС в магнитопроводе доходит до вторичной обмотки и генерирует в ней уже её собственный магнитный поток, а он в свою очередь – электрический ток;
• полученный таким образом электрический ток используется для сварки.

Интересно в данном процессе следующее: если менять общее количество витков и соотношение запитанных витков на обоих обмотках, становится возможным получать требуемые характеристики выходных напряжения и силы тока. Именно количественная разница между обмотками и служит преобразованию энергии до требуемых параметров.

В результате выходной сварочный ток может использоваться для расплавления твёрдого металла. С учётом физико-механических характеристик сталей и сплавов, а также параметров требуемого соединения сварочное оборудование можно сконструировать в широком пределе энергетических возможностей.

Устройство и принцип действия сварочного трансформатора служат одной цели: снизить напряжение источника питания (где-то до 30 или больше Вольт) и повысить силу тока на сварочной дуге (300 и более Ампер).

Если устройство необходимо для работы на токе постоянного рода, оно называется выпрямителем и устроено немного по-другому.

Холостой ход

Сварочный трансформатор как энергетическое оборудование рассчитан на 2 режима применения, что накладывает требования к его принципу работы:

• с нагрузкой – когда непосредственно выполняется сварка;
• холостой – когда агрегат находится в режиме ожидания.

Отличие между ними – в задействовании вторичной обмотки. При горении сварочной дуги через неё протекает электрический ток, а в режиме холостого хода – нет. Для сварочного аппарата холостой ход номинально также является рабочим.

Несмотря на кажущееся отсутствие тока он всё же присутствует: вход питания на первичную обмотку создаёт ЭДС не только с помощью прямого магнитного потока – но и способом рассеивания. Если трансформатор не является работающим сиюминутно, в его магнитопроводе в любое время существует небольшой электрический ток, за счёт сил рассеивания.

Критически важно, что во вторичной обмотке при этом формируется «холостое» напряжение даже без образования дуги. Для сварочного трансформатора оно – опасное явление: из-за него сварщик может погибнуть. По этой причине устанавливаются автоматические ограничители напряжения (обычно – 48 В) и защитное заземление.

Полезная статья – Что такое аргонодуговая сварка tig

Классификация сварочных трансформаторов

Сварочный трансформатор как техническая оснастка имеет несколько вариантов конструкций, подразделяемых в основном по принципу работы и назначению. Главные критерии классификации – такие:

• напряжение питающего тока: 220 или 380 В;
• количество фаз на входе: 1 или 3 фазы;
• номинальный сила сварочного тока: для выпускаемого промышленностью трансформатора она составляет до 400 А, для специальных целей существуют варианты под 1000 А;
• номинальное напряжение «холостого» хода: от 48 до 70 В;
• режим подачи сварочного тока: импульсный или непрерывный;
• размеры и масса: в широком спектре – от переносимых на плече до мощных моделей, нуждающихся в тележке или подъёмной технике.

Также свои коррективы вносят условия эксплуатации. Сварочный трансформатор может быть устроен стационарным или мобильным, в обычном или влагозащищенном корпусе.

Виды трансформаторов

Трансформатор для сварки выпускается в нескольких конструктивных вариантах. Каждый вид разработан для определённых целей:

• схема с амплитудным регулированием и магнитным рассеиванием нормального типа: в корпусе обязательно имеется дроссель на самом магнитопроводе и катушка, обмотки выполняются из меди или алюминия;
• схема с амплитудным регулированием и магнитным рассеиванием усиленного типа: система усилена специальным шунтом (или шунтами), который повышает мощность;
• схема на тиристорах: регулирование производится с помощью силовых тиристоров.

К конструкции добавляются другие параметры – эксплуатационного характера.

Полезная статья – Виды сварочные аппараты

Напряжение сети

На назначение сварочного трансформатора указывает применяемое входное напряжение:

• 220 В: такой вариант оптимально купить для домашних работ и не слишком мощной сварки;

• 380 В: повышенное напряжение, используемое для генерирования значительной силы тока, что позволяет обрабатывать повышенную толщину металлических заготовок, поэтому такие модели чаще всего нужны для производственных или ремонтных целей.

Функционал трансформатора

В качестве базового назначения трансформаторный сварочный аппарат рассчитан на генерирование электрического тока значительной силы. Однако работать на непосредственном «продукте» вторичной обмотки бывает затруднительно.

Это поясняется простотой конструкции, поэтому для совершенствования выходных параметров тока появляется необходимость в создании модернизированных типов сварочных трансформаторов, устроенных по модульному принципу.

Т.е., каждый вносимый узел можно заменять на его аналог с другими характеристиками – это будет изменять сварочные ток и напряжение в заданном направлении. Основные такие дополнительные элементы:

• обмотки: позволяют регулировать силу тока в широком интервале, переключаясь между ними или взаимно дополняя их между собой;
• тиристоры, диодные мосты: для тонкой настройки силы тока и продолжительности сварочного процесса;
• стабилизаторы: для выравнивания и поддерживания входного напряжения при его критичном изменении (к примеру, при работе рядом мощного потребителя напряжение в сети сильно упадёт – стабилизатор этого не допустит);
• сопротивление: для плавного изменения тока при ограниченности регулирования катушками и обмотками;
• конденсаторы: для повышения мощности импульса при сварке постоянным током.

С развитием технической мысли в трансформатор стали добавляться диодные мосты и регуляторы – в качестве элементов управления.

Количество рабочих постов

Сварочный трансформатор изготавливается только в 2-х вариантах:

• для работы одного сварщика – «однопостовой», с мощностью до 10 кВт (на большее вряд ли хватит бытовой электропроводки);
• для работы двух и более сварщиков – «многопостовой», со значительной мощностью.

Последний применяется в промышленности и чаще всего является стационарным.

Способ регулировки силы тока

Настройка силы тока выполняется несколькими способами:

• увеличение или уменьшение количества подключенных витков обмоток (в основном – вторичной);
• размещение нагрузки индуктивного или резистивного типа во внутренний объём вторичной обмотки;
• регулирование ЭДС сердечника;
• задействование полупроводников.

Возможностей по изменению достаточно, главное – определиться с оптимальной схемой. Каждая сразу влияет на качество сварного шва, поэтому следует посоветоваться с опытным специалистом.

Полезная статья – Сварка инвертором для начинающих

Схема сварочного трансформатора

Для оперативного (и главное – простого) регулирования силы тока и напряжения на дуге важно применять несложные схемы устройства сварочного трансформатора. Классифицировать их можно только по техническому выполнению.

Чаще всего применяются следующие конструктивные варианты, состоящие для из минимума компонентов. Это делает устройства быстрыми в ремонте, а работать на них способен любой сварщик.

Сварочная аппаратура с шунтом

Сварка с таким агрегатом проста, его схема состоит из «обычной» основы в виде магнитопровода, обмоток и вводимым в проём магнитопровода металлическим элементом. Последний отличается массивностью и предназначен на отбор генерируемой ЭДС. Применяется такое устройство на производстве.

Принцип работы трансформаторного шунта: при необходимости понижения силы тока он подаётся в магнитопровод механическим путём в расчётное положение. На него также начинает рассеиваться магнитное поле, изменяется общее сопротивление электроцепи, что сразу отражается на напряжении и силе тока.

Вся суть – в изменении зазоров от края магнитопровода до шунта. Из-за снижающегося сопротивления воздуха часть магнитного потока переходит на шунт – и не попадает на вторичную обмотку.

Сварочные трансформаторы с секционными обмотками

Такая конструкция включает в себя сразу несколько обмоток, каждая из которых является ступенью для регулирования. Каждая ступень имеет различное количество витков, что при подключении в цепь позволяет генерировать отличающийся по силе электрический ток.

Принцип этой схемы – комбинирование имеющихся ступеней на обмотках для получения необходимых вольт-амперных характеристик сварочной дуги.

Взаимное положение обмоток выполняется для снижения объёмности. Их наматывают друг на друга или рядом. Для подключения на своеобразный пульт выводятся контакты, составление требуемой конфигурации производится переключателями.

Полноценная настройка достигается наличием ступенчатости как во вторичной, так и в первичной обмотках.

Тиристорные сварочные трансформаторы

Регулирование параметров сварочной дуги производится силами тиристора. Суть его работы – в изменении среднего напряжения при переменном токе.

Конструктивно такая «надстройка» состоит из пары тиристоров, настроенных симметрично и смонтированных навстречу друг другу. Это обеспечивает жёсткие вольт-амперные характеристики.

Схема отличается значительным КПД, так как при установке на первичной обмотке потери от падения напряжения будут выше. При этом номинальные токи в самих тиристорах существенно ниже.

Основные неисправности и методы их устранения

Сварочные трансформаторы – техника, поэтому в них всегда возможны отклонения и неисправности. Какой вариант действий предпринять при отсутствии адекватной работы устройства – следует смотреть по ситуации.

• трансформатор сам по себе выключается: нужно проверить провода и их изоляцию, соединения и все детали – проблема чаще всего заключается в потере питания или прохудившейся электрической защите (короткие замыкания или пробои напряжения при его повышении во время включения);
• гудение превышает привычный уровень: следует подтянуть крепёж магнитопровода и катушек, проверить изоляцию – очень вероятно разбалтывание механики, или проверить режим сварки вплоть до типа и диаметра электрода;
• трансформатор стал сильно греться: переоценить режим его эксплуатации – скорее всего, сварка ведётся не по расчётным режимам, при повышенном токе и для слишком больших толщин, а также без соблюдения соотношения времени под нагрузкой и времени остывания;
• контакты перегреваются: следует зачистить все соединения (после отключения аппарата из сети), плотно собрать их и обновить при необходимости провода – к этому приводит ухудшение примыкания в соединениях;
• сварочный ток оказывается выше или ниже расчётного: проверить настройки аппарата по части регулирующих компонентов, задействовать стабилизатор – ток создают именно они;
• сварочный ток слабо регулируется: регулирующий компонент (дроссель, обмотки) следует проверить на отсутствие механических повреждений или пробоя напряжения;
• сварочная дуга гаснет и сложно зажигается вновь: проверка всей электроцепи с особым вниманием к изоляции и состоянию соединений – скорее всего, где-то есть короткое замыкание;
• после снятия нагрузки трансформатор потребляет огромное количество энергии: полная проверка обмоток – очень вероятно замыкание между отдельными проводами.

Определение неисправности следует делать при снятом напряжении и после отключения от источника питания. Если после проверки этих вариантов действий всё равно остались неисправности, ответ дадут в электротехнической мастерской.

Достоинства и недостатки сварочных трансформаторов

Основные «плюсы» сварочного трансформатора следующие:

• универсальность: возможность применения для огромного количества вариантов сварки и наплавки (восстановления деталей), но только в отношении чёрных металлов;
• сравнительно экономный расход электроэнергии при грамотно подобранном агрегате и качественный КПД (до 80-90%);
• высокая простота технического обслуживания и ремонтопригодность почти в любых условиях;
• невысокая стоимость;
• отсутствие критичных требований на условия применения.

Недостатки трансформаторного сварочного аппарата тоже имеются:

• значительная зависимость от изменений напряжения в источнике питания – для этого оптимально задействовать стабилизатор (встроенный или отдельный), что приведёт к выравниванию горения дуги;
• сильное разбрызгивание расплавленного металла;
• высокая зависимость сварочного шва от квалификации сварщика;
• не применяется для сваривания цветных сплавов;
• значительные масса и габариты.

Как выбрать сварочный трансформатор

Сварочный трансформатор – не просто готовый агрегат, его нужно подобрать под планируемую работу. Сделать это можно, учитывая следующие моменты:

• место применения и цели: бытовой (непродолжительная работа, ток – до 200 А), профессиональный (работать можно долго, ток – до 300-350 А), промышленный (постоянное применение на токах до 1000 А);
• напряжение источника питания: бытовая сеть с 220 В (плюс-минус 10%) или промышленная с 380 В;
• возможности настройки: чем их больше и чем шире интервалы регулирования, тем качественнее будет результат;
• мощность потребляемая: чем она больше, тем лучше функционирует трансформатор, но следует не забывать про возможности питания;
• продолжительность активной работы: сварку с бытовыми моделями можно вести до 30 минут, после чего столько же придётся дать аппарату остыть, для промышленных моделей сварка продолжается часами;
• возможность работы со спектром электродов: трансформатор рассчитывается под диаметр стержня до определенного значения
• цена: экономить с помощью самого дешёвого не стоит.

Хафизов Ильдар

Специалист НАКС IV уровня

Задать вопрос

Для монтажных работ лучше рассмотреть использование инвертора, так как их размеры и вес меньше что важно. Также использование инвертора обеспечить высокую стабильность процесса, а как следствие более качественный шов.

Как сделать сварочный трансформатор своими руками

Перед физической работой важно определиться со схемой и параметрами изделия.

В качестве основы берутся листы трансформаторного железа – если такого нет «под руками», рекомендуется приобрести подходящие заготовки. Применение обычной листовой стали не принесёт достаточного результата. Можно взять части старых трансформаторов.

Магнитопровод следует делать замкнутой формы – квадратом или прямоугольником, они практичнее круга.

Для создания обмоток важно подбирать медные провода с высокой теплостойкостью. Изоляция у такого должна быть стеклотканевой или хлопчатобумажной – резина не допускается. Поперечное сечение провода для первичной обмотки – около 5-6 кв. мм, что позволит получить здесь до 25 А.

Поперечное сечение для вторичной обмотки – около 30-35 кв. мм, здесь будет протекать значительный по величине сварочный ток. Изоляция должна быть максимально надёжной.

Выполнение обмоток производится в едином направлении. Между рядами необходимо прокладывать дополнительную изоляцию – оптимальна хлопчатобумажная ткань или специальным образом пропитанная трансформаторная бумага.

Укомплектованный обмотками магнитопровод размещается в стальной корпус. Крепёж также изолируется для профилактики утечки тока и короткого замыкания. Корпус важно делать с вентиляционными проёмами – в работе трансформатор греется, ему необходимо сбрасывать тепло.

Вводные и выводные клеммы закрепляются в корпусе и защищаются изолирующими материалами. Органы включения и управления следует располагать на боковой плоскости – не на верхней.

Для гарантированного качества и предотвращения коротких замыканий лучше покупайте заводские трансформаторы.

Расчет трансформатора для сварки

Расчёт сводится к определению количества витков во всех планируемых обмотках: первичной и вторичной, а также во всех ступенях, если они будут.

Конвертация напряжения от входной величины до сварочного значения выполняется при помощи простого соотношения. Нужно разделить напряжение в первичной обмотке на требуемое напряжение во вторичной. Полученное число является коэффициентом трансформации – и показывает, во сколько раз должны отличаться количества витков в обмотках.

Погрешность вычислений следует выдерживать на минимальном уровне, но не более 3%.

Если у Вас остались вопросы задайте их в комментариях и наши эксперты постараются на них ответить.