ДИПЛОМНАЯ РАБОТА Техническое обслуживание и ремонт сварочных трансформатороd. 7.Дип. Раб. - Тех. Обс. и Рем. Свар. Транс.. Техническое обслуживание и ремонт сварочных трансформаторов
 Скачать 451.85 Kb.
|
|
Государственное профессиональное образовательное учреждение Московской области «Можайский техникум» Специальность 35.01.15. «Электромонтёр по ремонту и обслуживанию электроборудования в сельскохозяйственном производстве» ДИПЛОМНАЯ РАБОТА Тема: “Техническое обслуживание и ремонт сварочных трансформаторов ” Выполнил студент гр. ЭМ-1-15 ______________ Руководитель ______________ Рыбин С.Н. Работа выполнена с оценкой «_____________» «__» __________ 2018 г. 2018 г. Оглавление Введение................................................................................................................... Глава I. Сварка........................................................................................................6 1.1. Предмет сварки.................................................................................................6 1.2. Виды сварки......................................................................................................7 1.3. Электродуговая сварка.....................................................................................7 1.4.1. Электрическая дуга в сварке........................................................................9 1.4.2. Применение дуговой сварки.......................................................................10 Глава II Трансформатор........................................................................................13 2.1 Трансформатор................................................................................................13 2.2. Устройство трансформатора.........................................................................13 2.2.1. Магнитная система (магнитопровод) .......................................................16 2.2.2. Обмотки........................................................................................................17 2.3. Виды трансформаторов..................................................................................19 2.3.1. Сварочный трансформатор.........................................................................23 2.4. Обозначение на схемах..................................................................................23 2.5. Применение.....................................................................................................24 Глава III. Эксплуатация и ремонт сварочных трансформаторов.....30 3.1. Срок службы..............................................................................................30 3.2. Неисправности..........................................................................................32 3.2.1. Перемотка сварочного трансформатора.......................................38 3.2.2. Техническое обслуживание..............................................................41 3.2.3. Текущий ремонт....................................................................................42 3.2.4. Капитальный ремонт...........................................................................42 3.3. Структура и продолжительность циклов технического обслуживания и ремонта....................................................................43 Глава IV. Техника безопасности при техническом обслуживании сварочного трансформатора....................................................................44 4.1. Требования охраны труда перед началом работы........................44 4.2. Требования охраны труда во время работы....................................45 4.3. Требования охраны труда в аварийной ситуации .......................49 4.4. Требования охраны труда по окончании работы .........................51 Заключение............................................................................................................ Приложения........................................................................................................... Список используемой литературы................................................................ Введение В настоящее время не существует такой промышленной отрасли, в которой не применялась бы сварка. Особенно широко сварочные работы применяются в строительстве. Сварочный аппарат-электрическое устройство самостоятельно производящее или преобразующее с помощью трансформатора входной электрический ток в различные виды тока, пригодные для создания сварочной электрической дуги и создающий сварочную электрическую дугу, посредством которой и производится сварка. Существует множество моделей сварочных аппаратов и каждый из них предназначен для определённого вида сварки металла, но в основе любой конструкции сварочного устройства лежит принцип преобразования характеристик ЭДС с помощью трансформатора. Актуальность данной работы заключается в том, что теоретическое изучение технического обслуживания и ремонта сварочного трансформатора позволяет закрепить практически полученные знания. Целю данной работы является изучение процесса технического обслуживания и ремонта сварочного трансформатора. Задачами данной работы является: изучение устройства сварочного трансформатора; рассмотрение основных его узлов; методов его обслуживания; основных неисправностей; причин неисправностей; методов их устранения. Объектом работы является электрооборудование. Предметом работы является сварочный трансформатор. Глава 1. Сварка 1.1 Предмет сварки Сва́рка — процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого Неразъёмное соединение, выполненное с помощью сварки, называют сварным соединением. Чаще всего с помощью сварки соединяют детали из металлов. Однако сварку применяют и для неметаллов — пластмасс, керамики или их сочетания. При сварке используются различные источники энергии: электрическая дуга, электрический ток, газовое пламя, лазерное излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие технологий позволяет в настоящее время проводить сварку не только в условиях промышленных предприятий, но в полевых и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и тому подобное), под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжён с опасностью возгораний; поражений электрическим током; отравлений вредными газами; поражений глаз и других частей тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением и брызгами расплавленного металла. Сварка осуществима при следующих условиях: применении очень больших удельных давлений сжатия деталей, без нагрева; нагревании и одновременном сжатии деталей умеренным давлением; нагревании металла в месте соединения до расплавления, без применения давления для сжатия. 1.2 Виды сварки В настоящее время различают более 150 видов и способов сварочных процессов. Существуют различные классификации этих процессов. Так, ГОСТ 19521-74 предусматривает классификацию сварки металлов по основным группам признаков: физическим, техническим и технологическим. Основным физическим признаком сварки является форма и вид энергии, используемой для получения сварного соединения. Форма энергии определяет класс сварки, а её вид — вид сварки. Имеются три класса сварки: Термический класс: виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии — газовая, дуговая, электронно-лучевая, лазерная и другие Термомеханический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления — контактная, диффузионная, газо- и дугопрессовая, кузнечная и др. Механический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии — холодная, трением, ультразвуковую, взрывом и др. 1.3 Электродуговая сварка К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора (или сварочного агрегата, сварочного преобразователя, сварочного инвертора) подводится электроэнергия. При соприкосновении сварочного электрода и свариваемого изделия протекает сварочный ток. Под действием теплоты электрической дуги (до 7000°С) кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока. В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и тому подобное), которую вводят непосредственно в сварочную ванну. Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки в процессе электросварки. Для повышения устойчивости электрической дуги в электроды могут вводиться легко ионизируемые элементы (калий, натрий, кальций). Различают электросварку переменным током и электросварку постоянным током. При сварке постоянным током шов получается с меньшим количеством брызг металла, поскольку нет перехода через ноль и смены полярности тока. В аппаратах для электросварки постоянным током применяются выпрямители. Возможно управление положением сварочной дуги при сварке постоянным током. Дуга является проводником тока и как обычный проводник отклоняется в магнитном поле в соответствии с законом Ампера. 1.4.1 Электрическая дуга в сварке Электрическую дугу, используемую для сварки металлов, называют сварочной дугой. Для питания сварочной дуги может использоваться переменный, постоянный и пульсирующий виды электрического тока. При сварке на переменном токе, из-за изменения направления его течения, каждый из электродов попеременно является то анодом, то катодом. При сварке на постоянном и пульсирующем токе различают прямую и обратную полярности. При прямой полярности свариваемые детали подсоединяют к положительному полюсу источника питания (аноду), а электрод — к отрицательному (катоду); при обратной полярности — наоборот — к положительному полюсу подключается электрод, а детали — к отрицательному. Использование того или иного вида тока определяет особенности процесса сварки. Так, дуга на переменном токе гаснет каждый раз, когда ток переходит через ноль. Применение той или иной полярности изменяет тепловой баланс дуги (при прямой полярности больше тепла выделяется на изделии, при обратной — на электроде). При использовании пульсирующего тока путём изменения его параметров (частоты и длительности импульсов) появляется возможность вплоть до отдельных капель регулировать перенос расплавленного металла от электрода в изделие. Промежуток между электродами называют дуговым промежутком. Источником тепла является электрическая дуга, возникающая между торцом электрода и свариваемым изделием при протекании сварочного тока в результате замыкания внешней цепи электросварочного аппарата. Сопротивление электрической дуги больше, чем сопротивление сварочного электрода и проводов, поэтому бо́льшая часть тепловой энергии электрического тока выделяется именно в плазму электрической дуги. Этот постоянный приток тепловой энергии поддерживает плазму (электрическую дугу) от распада. Выделяющееся тепло (в том числе за счёт теплового излучения из плазмы) нагревает торец электрода и оплавляет свариваемые поверхности, что приводит к образованию сварочной ванны — объёма жидкого металла. В процессе остывания и кристаллизации сварочной ванны образуется сварное соединение. 1.4.2 Применение дуговой сварки Положительным качеством дуговой сварки является ее универсальность. Особенностью дуговой сварки является возможность различного положения сварного шва в пространстве. От положения сварного шва зависят условия работы сварщика и трудоемкость сварки. Дуговую электросварку применяют: – для соединения арматурных сеток и плоских каркасов в пространственные блоки и для соединения блоков на месте при их установке в конструкцию; для соединения в сетки или каркасы отдельных заготовленных арматурных стержней; – для стыкования арматурных стержней и закладных деталей при монтаже сборных железобетонных конструкций; – при заготовке арматуры на специализированных предприятиях в случае отсутствия контактных стыковых машин; – с помощью дуговой сварки стыкуются обычно стержни диаметром 10 мм и более. Для сварки каркасов из стержней диаметром до 8 мм электродуговая сварка не применяется вследствие большой трудоемкости процесса и опасности пережога стержней. Электродуговая сварка на строительной площадке наряду с контактной сваркой в цехе завода является основным способом соединения отдельных арматурных стержней. Контактная сварка. Ее широко используют во многих отраслях промышленности и строительства; стыковая сопротивлением: соединение проволоки диаметром до 8 мм, прутков диаметром до 20 мм, труб диаметром до 50 мм; изготовление звеньев цепей, колец, рам; сварка проволоки и прутков из меди, алюминия, нихрома площадью поперечного сечения до 250 мм2; стыковая оплавлением: соединение заготовок компактного сечения (круг, квадрат) площадью до 10 000 мм2; заготовок развитого сечения (лист, полоса, тонкостенная труба) площадью до 5000 мм2; изготовление режущего инструмента из сталей с разными механическими свойствами; сварка трубопроводов, железнодорожных рельсов, арматуры железобетона, ободьев автомобильных колес, заготовок при непрерывной прокатке, валов, оконных переплетов, дверей, перегородок из алюминиевых сплавов, труб паровых котлов и так далее; точечная: соединение деталей из листов толщиной от 0,01 + + 0,01 до 30+30 мм; соединения листов разной толщины; сварка деталей: электронных ламп и приборов, реактивного двигателя, деталей самолета, сварка узлов кузова и кабины автомобиля, обшивки железнодорожных вагонов, панелей, перегородок зданий, бытовых приборов (холодильников, стиральных машин), изделий бытового назначения (посуды, спортинвентаря и тому подобное), приварка декоративных облицовок к каркасам и тому подобное; рельефная: соединение с естественными рельефами (сварка прутков арматуры железобетона вкрест); Т-образная сварка (приварка стержня, болта, винта к листу); изготовление тормозных колодок автомобиля, различного вида крепежных деталей, приварка гаек, штуцеров, шипов к плоским листам, сепараторов шарикоподшипников и так далее; шовная: для изготовления изделий, швы которых должны быть прочными и плотными; изготовления топливных баков автомобилей и тракторов, бочек, бидонов, корпусов огнетушителей, ведер, сильфонов и тому подобное; толщина металла, соединяемого, шовной сваркой, ограничивается: 3+3 мм для стали, 5 + 5 мм для алюминиевых сплавов, шаговая шовная сварка создает прочные, но не герметичные швы. Глава 2. Трансформатор 2.1 Трансформатор Главной частью сварочных аппаратов работающих с переменным током от сети является трансформатор (Приложение №1). Трансформа́тор (от лат. transformare — «превращать, преобразовывать») — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты. Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике. 2.2 Устройство трансформатора Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнитомягкого материала. Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм). Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция). На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку. В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать. Форма напряжения во вторичной обмотке связана с формой напряжения в первичной обмотке довольно сложным образом. Благодаря этой сложности удалось создать целый ряд специальных трансформаторов, которые могут выполнять роль усилителей тока, умножителей частоты, генераторов сигналов и так далее. Исключение — силовой трансформатор. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки. Основными частями конструкции трансформатора являются: магнитопровод; обмотки; каркас для обмоток; изоляция; система охлаждения; прочие элементы (для монтажа, доступа к выводам обмоток, защиты трансформатора и тому подобное). В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями: Стержневой; Броневой; Тороидальный. Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства. В то время как обмотки стержневоготипа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (то eсть сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток. Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной. 2.2.1 Магнитная система (магнитопровод) Магнитная система (магнитопровод) трансформатора выполняется из электротехнической стали, пермаллоя, феррита или другого ферромагнитного материала в определённой геометрической форме. Предназначается для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитопровод в зависимости от материала и конструкции может набираться из пластин, прессоваться, навиваться из тонкой ленты, собираться из 2, 4 и более «подков». Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора. Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется стержнем; Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется ярмом. В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют: Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости; Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях; Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней; Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня. Подавляющее большинство трансформаторов имеет замкнутый магнитопровод (силовые линии магнитного поля замыкаются через материал сердечника). Разомкнутый магнитопровод (магнитопровод с зазором) применяется в трансформаторах, через первичную обмотку которых протекает ток, имеющий постоянную составляющую. 2.2.2 Обмотки Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила. Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой. Сечение проводника обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади сечения проводника он может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой. Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем. Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель (Приложение №2) Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции. Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины. Виды обмоток: Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока; Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения; Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третьей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и тому подобное; Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства; Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки; Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках (Приложение №3); Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. 2.3 Виды трансформаторов Силовой трансформатор переменного тока — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово «силовой» отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями; Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения; Трансформа́тор то́ка — трансформатор, первичная обмотка которого питается от источника тока. Типичное применение — для снижения тока первичной обмотки до удобной величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку (в отличие от шунтовых схем измерения тока). Обычно номинальное значение тока вторичной обмотки распространённых трансформаторов 1 А или 5 А. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с нагрузкой, переменный ток в которой необходимо контролировать, а во вторичную обмотку включаются измерительные приборы или исполнительные и индикаторные устройства, например, реле. Вторичная обмотка токового трансформатора должна работать в режиме, близком к режиму короткого замыкания. При случайном или умышленном разрыве цепи вторичной обмотки на ней наводится очень высокое напряжение, которое может вызвать пробой изоляции, повреждение подключённых устройств. При работе вторичной обмотки в режиме короткого замыкания отношение токов обмоток близко к (в идеальном случае равно) коэффициенту трансформации. Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения; Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса; Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей; Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем; Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью; Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике. Применяется для передачи сигнала на вращающиеся объекты, например на барабан блока магнитных головок в видеомагнитофонах. Состоит из двух половин магнитопровода, каждая со своей обмоткой, одна из которой вращается относительно другой с минимальным зазором. Позволяет реализовать большие скорости вращения, при которых контактный способ съёма сигнала невозможен. Классификация трансформаторов, помимо прочих параметров, осуществляется по рабочей среде в которой находятся индуктивно-связанные обмотки. Воздушные трансформаторы как правило работают с меньшими мощностями, чем масляные, поскольку циркуляция масла обеспечивает лучшее охлаждение обмоток. Трёхфазный трансформатор (Приложение №4) Представляет собой устройство для трансформирования электрической энергии в трёхфазной цепи. Конструктивно состоит из трёх стержней магнитопровода, соединённых верхним и нижним ярмом. На каждый стержень надеты обмотки высшего и низшего напряжений каждой фазы. 2.3.1 Сварочный трансформатор Сварочный трансформатор — трансформатор, предназначенный для различных видов сварки. (Приложение №5) Сварочный трансформатор преобразует напряжение сети (220 или 380 В) в низкое напряжение, а ток из низкого - в высокий, до тысяч ампер. Сварочный ток регулируется благодаря изменению величины либо индуктивного сопротивления, либо вторичного напряжения холостого хода трансформатора, что осуществляется посредством секционирования числа витков первичной или вторичной обмотки. Это обеспечивает ступенчатое регулирование тока. Внешний вид сварочного трансформатора приведён на рисунке ниже. 2.4 Обозначение на схемах На схемах трансформатор обозначается следующим образом: (Приложение №6) Число полуокружностей не нормируется и обычно, в очень грубом приближении, символизирует число витков обмотки (больше витков — больше полуокружностей, но без строгой пропорциональности). В общем случае схематически сердечник трансформатора изображают линией, имеющей такую же толщину, что и линии полуокружностей в его обмотках. Если же есть надобность подчеркнуть на схеме материал или особенности строения сердечника, то его обозначения могут несколько различаться. Так, ферритовый сердечник обозначают жирной линией. Сердечник с магнитным зазором — тонкой линией, имеющей разрыв посередине. Для обозначения сердечника из магнитодиэлектрика используют тонкую пунктирную линию. Если применяется немагнитный сердечник, например медный, то рядом с тонкой непрерывной линией записывают обозначение материала сердечника способом, представленным в таблице Менделеева (Cu). При обозначении трансформатора жирной точкой около вывода могут быть указаны начала катушек (не менее чем на двух катушках, знаки мгновенно действующей ЭДС на этих выводах одинаковы). Применяется при обозначении промежуточных трансформаторов в усилительных (преобразовательных) каскадах для подчёркивания син- или противофазности, а также в случае нескольких (первичных или вторичных) обмоток, если соблюдение «полярности» их подключения необходимо для правильной работы остальной части схемы или самого трансформатора. Если начала обмоток не указаны явно, то предполагается, что все они направлены в одну сторону (после конца одной обмотки — начало следующей). В схемах трёхфазных трансформаторов «обмотки» располагают перпендикулярно «сердечнику» (Ш-образно, вторичные обмотки напротив соответствующих первичных), начала всех обмоток направлены в сторону «сердечника». 2.5 Применение Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов. Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют силовые трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня. Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий. Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности. Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины, содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа через умножитель напряжения). В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц (Приложение №7). В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инвертора в высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение. В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче. Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении. Разделительные трансформаторы (трансформаторная гальваническая развязка). Нейтральный провод электросети может иметь контакт с «землёй», поэтому при одновременном касании человеком фазового провода (а также корпуса прибора с плохой изоляцией) и заземлённого предмета тело человека замыкает электрическую цепь, что создаёт угрозу поражения электрическим током. Если же прибор включён в сеть через трансформатор, касание прибора одной рукой вполне безопасно, поскольку вторичная цепь трансформатора никакого контакта с землёй не имеет; Импульсные трансформаторы (ИТ). Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ, заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности; Измерительные трансформаторы (трансформаторы тока, трансформаторы напряжения). Применяются для измерения очень больших или очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях Релейная защита и автоматика; Измерительный трансформатор постоянного тока. На самом деле представляет собой магнитный усилитель, при помощи постоянного тока малой мощности управляющий мощным переменным током. При использовании выпрямителя ток выхода будет постоянным и зависеть от величины входного сигнала; Измерительно-силовые трансформаторы. Имеют широкое применение в схемах генераторов переменного тока малой и средней мощности (до мегаватта), например, в дизель-генераторах. Такой трансформатор представляет собой измерительный трансформатор тока с первичной обмоткой, включённой последовательно с нагрузкой генератора. Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение, которое после выпрямителя подаётся на обмотку подмагничивания ротора. (Если генератор — трёхфазный, обязательно применяется и трёхфазный трансформатор). Таким образом, достигается стабилизация выходного напряжения генератора — чем больше нагрузка, тем сильнее ток подмагничивания, и наоборот; Фазоинвертирующие и согласующие трансформаторы в выходном каскаде усилителя звуковой частоты с транзисторами одного типа проводимости (Приложение №8); Согласующие трансформаторы. Из законов преобразования напряжения и тока для первичной и вторичной обмотки ((I1=I2w2/w1,U1=U2w1/w2) видно, что со стороны цепи первичной обмотки всякое сопротивление во вторичной обмотке выглядит в (w1/w2)² раз больше. Поэтому согласующие трансформаторы применяются для подключения низкоомной нагрузки к каскадам электронных устройств, имеющим высокое входное или выходное сопротивление. Например, высоким выходным сопротивлением может обладать выходной каскад усилителя звуковой частоты, особенно, если он собран на лампах, в то время как динамики имеют очень низкое сопротивление. Согласующие трансформаторы также исключительно полезны в высокочастотных линиях, где различие сопротивления линии и нагрузки привело бы к отражению сигнала от концов линии, и, следовательно, к большим потерям; Фазоинвертирующие трансформаторы. Трансформатор передаёт только переменную компоненту сигнала, поэтому даже если все постоянные напряжения в цепи имеют один знак относительно общего провода, сигнал на выходе вторичной обмотки трансформатора будет содержать как положительную, так и отрицательную полуволны, причём, если центр вторичной обмотки трансформатора подключить к общему проводу, то напряжение на двух крайних выводах этой обмотки будет иметь противоположную фазу. До появления широкодоступных биполярных транзисторов с n-p-n типом проводимости фазоинвертирующие трансформаторы применялись в двухтактных выходных каскадах усилителей, для подачи противоположных по полярности сигналов на базы двух транзисторов каскада. К тому же, из-за отсутствия «ламп с противоположным зарядом электрона», фазоинвертирующий трансформатор необходим в ламповыхусилителях с двухтактным выходным каскадом. |