Преобразователь трехфазной системы питания в двухфазную 2 страница

б)

а б

Р и с. 2.2. Разновидности контактной сварки

Предварительный подогрев в зажимах машины выполняют периодическим смыканием и размы­канием деталей при постоянно включенном токе. При этом происходит процесс прерывистого оплавления тор­цов. Затем детали непрерывно медленно сближают; заго­товки прогреваются в глубину до пластического состоя­ния, а на торцах возникает тонкий слой расплавленного металла, после чего резко увеличивают скорость сближе­ния, осуществляя осадку небольшим усилием F_oc. Сты­ковая сварка оплавлением дает более высокую проч­ность шва, не требует предварительной механической обработки, позволяет сваривать детали из разнородных металлов.

При точечной сварке листов (рис. 2.2, б)детали со­единяют сваркой в отдельных местах, условно называе­мых точками. Заготовки устанавливают между элект­родами точечной машины и плотно сжимают усилием F. Включают ток, и заготовки быстро нагреваются, особен­но в месте контакта – чечевицеобразной «точке» под электродами, где металл расплавляется и обра­зуется сварная точка, диаметр которой обычно близок к диаметру электродов. После этого ток выключают и заготовки кратковременно выдерживают между электро­дами под действием усилия F. Точечная сварка приме­няется для соединения не только листовых заготовок между собой, но и листовых заготовок со стержнями или уголками, швеллерами и т. п. Свариваемые детали могут быть из однородных и из разнородных металлов. Толщина загото­вок – от сотых долей миллиметра до 35мм. Разновид­ностью точечной сварки является так называемая рель­ефная сварка. Она характерна тем, что на одной из за­готовок предварительно изготовляют выступы (релье­фы) круглой, продолговатой или иной формы. Сварку осуществляют одновременно по всем рельефам или по­следовательно один за другим.

Роликовая сварка (рис. 2.2, в) заключается в том, что заготовки соединяют непрерывным прочноплотным сварным швом, который состоит из ряда последователь­ных точек, частично перекрывающих друг друга. Заго­товки устанавливают в сварочной машине между роли­ками, один из которых ведущий, или между одним ведущим роликом и оправкой. На ролики действует уси­лие F механизма давления, и к ним подведен ток. Наи­более распространены два способа роликовой сварки: 1) прерывистым (импульсным) включением тока при непрерывном вращении роликов; 2) включением тока при неподвижных роликах и вращением роликов при выклю­ченном токе (шаговая сварка).

2.2. Характеристики сварочной дуги

Статические вольт-амперные характеристики сварочной дуги, т. е. зависи­мости в установившемся процессе сварки напряжения дуги от сварочного тока (тока дуги), показаны на рис. 2.3 для трех различных значений длины дуги. В области I, т. е. при малых токах (например, до 100 А для ручной сварки открытой дугой), характеристика дуги падающая. При средних значениях тока (например, от 100 до 1000 А для ручной сварки открытой дугой и автоматической сварки под флюсом тонкой проволокой) напряжение дуги практически не зависит от тока (об­ласть II). В этом случае

,

где а и b – постоянные коэффициенты; l _д – длина дуги. Значения обычно лежат в пределах 25-50 В для ручной сварки открытой дугой, 30-40 В для сварки под флюсом и 20-30 В для сварки в среде защитных га­зов.

Р и с. 2.3. Статические вольт-амперные характеристики сварочной
дуги (Д) и внешние характеристики источника питания (И):

1 – короткая дуга; 2 – средняя дуга; 3 – длинная дуга

При больших токах (свыше 1000 А для автоматиче­ской сварки под флюсом толстой проволокой), т.е. в об­ласти III, дуга имеет возрастающую характеристику. Для сварки в среде защитных газов эта область харак­теристики начинается при значительно меньших токах.

Сварочная дуга переменного тока менее устойчива, чем дуга постоянного тока. В каждый полупериод переменного тока дуга угасает и вновь зажигается (восстанавливается). Перерывы в горении дуги будут тем меньше, чем выше напряжение холостого хода источни­ка (при прочих равных условиях).

Для сварки открытой дугой напряжение зажигания U₃ связано с напряжением дуги зависимостью

.

При сварке на больших токах под флюсом U₃ мало отличается от 1/_л.

2.2.1. Требования к источникам питания сварочной дуги

Устойчивость дуги в процессе сварки зависит от соот­ветствия внешней характеристики источника форме статической характеристики дуги в данном процессе. Внешняя характеристика И источника (рис. 2.3) может быть круто падающей (кривая г),по­лого падающей (кривая б)и жесткой (кривая в).

Для ручной дуговой сварки, ряда режимов автома­тической сварки под флюсом и некоторых видов сварки в среде защитных газов внешняя характеристика ис­точника должна быть круто падающей. Чем круче харак­теристика а в рабочей части (точка М на рис. 2.3), тем меньше колебания тока при изменении длины дуги. При таких характеристиках напряжение холостого хода ис­точника , которое по условиям техники безопасности не должно превышать 90 В, всегда больше напряжения дуги , что облегчает первоначальное и повторное за­жигания дуги, особенно при сварке на переменном токе. Кроме того, ограничивается ток КЗ который по от­ношению к рабочему току должен находиться в пределах

При автоматической сварке под флюсом тонкой про­волокой в большинстве случаев используется полого падающая характеристика источника б. При сварке в среде защитных газов на постоянном токе для режимов, когда статическая характеристика 2 дуги возрастающая (точка N), целесообразно применение источника с же­сткой характеристикой в.

Источники сварочного тока должны обеспечивать возможность настройки различных режимов сварки, т.е. установления выгоднейшего значения рабочего тока при заданном напряжении дуги . Поэтому источ­ники тока выполняются регулируемыми, позволяя в оп­ределенном диапазоне изменений тока и напряжения получить семейство внешних характеристик с плавным или ступенчатым переходом с одной характеристики на другую.

Источники тока в установках ручной дуговой сварки предназначаются для работы с одним сварочным постом (однопостовые) или для работы с несколькими постами (многопостовые). Источники для многопостовой сварки должны иметь жесткие внешние характеристики. Каж­дый пост подключается при этом через свой балластный реостат. Источник питания должен быть рассчитан на опре­деленную номинальную нагрузку , при которой он может работать, не перегреваясь выше допустимых норм.

Режим работы источника для ручной сварки характе­ризуется продолжительностью работы ПР – отношени­ем времени сварки ко времени цикла , где t_П – время пауз. Обычно ПР выражают в процентах:

Условно за номинальный режим принимают для однопостовых источников мин, мин. Тогда = 60%. Для многопостовых источников

а б в г

Р и с. 2.4.Схема устройства сварочных трансформаторов

Номинальный режим работы источников для авто­матической и полуавтоматической сварки устанавливают при продолжительности включения = 60 или 100%, которая определяется так же, как и ПР, но при ПВ считается, что в периоды пауз источник отключается от сети питания, и время цикла равно 10 мин.

2.3.Основы теории и конструкции
сварочных трансформаторов

Основными источниками питания для сварки на переменном токе служат однофазные сварочные трансформаторы с первичным напря­жением 220 или 380 В. Однопостовые трансформаторы с падающими характеристиками подразделяются на две группы: трансформаторы с нормальным магнитным рас­сеянием и дополнительной реактивной катушкой – дрос­селем; трансформаторы с повышенным магнитным рас­сеянием. Трансформаторы второй группы можно разде­лить на три основных типа: трансформаторы с подвиж­ными катушками, трансформаторы с магнитным шунтом, трансформаторы с витковым (ступенчатым) регу­лированием. Схемы устройства современных однопостовых сварочных трансформаторов показаны на рис. 2.4.

В трансформаторах с нормальным магнитным рас­сеянием и дополнительной реактивной катушкой (рис. 2.4, а) имеется общий магнитопровод с тремя обмот­ками: первичной 1, вторичной 5 и реактивной 3. Верхняя часть магнитопровода разъемная и имеет подвижный магнитный шунт 4. Изменением положения шунта, т. е. величины зазора в магнитопроводе, можно регулиро­вать вторичный (сварочный) ток. Чем больше зазор, тем большим будет и ток. Перемещение шунта производится электроприводом с дистанционным управлением. По такой схеме изготовляют­ся трансформаторы типов ТСД (на 500, 1000 и 2000 А) и СТ (на 1000 и 2000 А). Эти транс­форматоры (за исключением ТСД-500) имеют несколько ступеней изменения напряже­ния холостого хода путем переключения отпаек вторич­ной обмотки и предназначены для автоматической сварки под флюсом. Трансформатор ТСД-500 на номинальный ток 500 А при ПВ = 60% с = 80 В и пределах регу­лирования сварочного тока от 200 до 600 А используется так­же и для ручной дуговой сварки.

В трансформаторах с подвижными катушками (рис. 2.4, б) для регулирования сварочного тока изменяют расстояние между первичной (неподвижной) 1 и вторич­ной обмоткой 5. Катушки вторичной обмотки скользят по стержням магнитопровода 2. При сближении обмоток 5 и 1 индуктивность рассеяния уменьшается, что приво­дит к увеличению сварочного тока. Катушки вторичной обмотки перемещаются вручную при помощи винтово­го механизма. На таком принципе построено большинст­во выпускаемых в настоящее время сварочных транс­форматоров (типов ТС на токи от 120 до 500 А, ТСК и ТД на токи 300 и 500 А).

Трансформаторы типов ТД-303 (рис. 2.5) и ТД-504 имеют переключатель диапазонов, при помо­щи которого катушки обеих обмоток переключа­ются с параллельного соединения на последовательное; это дает два диапазона изменения сварочного тока. На­пример, трансформатор ТД-504 на номинальный ток 500 А (при ПР =60%) в диапазоне I позволяет при =60 В регулировать сварочный ток от 240 до 750 А, в диапазоне II при =70 В – oт 75 до 240 А. Номи­нальное вторичное напряжение =30 В.

Трансформаторы типов ТС и ТСК (последние отли­чаются от трансформаторов типа ТС наличием конден­саторов, включенных параллельно первичным обмоткам для повышения ), а также типа ТД предназначены для ручной дуговой сварки.

В трансформаторах с магнитным шунтом (рис. 2.4, в) изменение индуктивного сопротивления рассеяния про­изводится при помощи магнитного шунта 4, расположен­ного в окне магнитопровода 2 между разнесенными ка­тушками первичной 1 и вторичной 5 обмоток. При уменьшении зазора между сердечником и шунтом сва­рочный ток уменьшается. На этом принципе устроены трансформаторы типа СТШ на токи 250, 300 и 500 А. Некоторые из этих трансформаторов имеют переключа­тель соединения катушек обмоток 1 и 5 спараллель­ного на последовательное, а также устройство, обеспе­чивающее отключение трансформатора от сети через 0,5-1 с после прекращения процесса сварки. Трансфор­маторы типа СТШ предназначены для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом.

Трансформаторы с магнитным шунтом, подмагничиваемым постоянным током (см. рис. 2.4, г), имеют в окне магнитопровода 2 между катушками 1 и 5 шунт 4,на котором размещена обмотка подмагничивания 6. Изменяя ток в этой обмотке, можно регулировать индуктивное сопротивление рассеяния основных обмо­ток. При = 0 это сопротивление минимально и сва­рочный ток наибольший. Увеличение приводит к уменьшению сварочного тока. Подобную конструкцию имеют трансформаторы типов ТДФ-1001 и ТДФ-1601 (соответственно на 1000 и 1600 А при ПВ_НОМ = 100%) для автоматической сварки под флюсом. Трансформаторы позволяют осуществить ступенчато-плавное регулирование сварочного тока. Ступенчатое регулиро­вание достигается переключением катушек 5 вторич­ной обмотки, плавное – изменением тока , для чего обмотка 6 питается от однофазного тиристорного вы­прямителя.

У трансформаторов с витковым регулированием (на­пример, типа ТСП-1 на 180 А при ПР=50%) вторичная обмотка секционирована, а повышенное рассеяние до­стигается размещением первичной и большей части вто­ричной обмотки на разных стержнях.

Все сварочные трансформаторы имеют естественное воздушное охлаждение и заключены в металлический кожух, установленный на двух или четырех катках или на двух полозьях (рис. 2.5).

2.4. Осциллятор

Осциллятор предназначен для питания сварочной дуги токами высокой частоты и высокого напряжения параллельно со сварочным трансформатором, что облег­чает зажигание дуги и повышает ее устойчивость. Мощ­ность осциллятора составляет всего 100-250 Вт. Часто­та тока 150-260 кГц и напряжение 2-3 кВ дают воз­можность зажигать дугу даже без соприкосновения электрода с деталью. В то же время ток такой частоты и напряжения безопасен для человека.

Р и с. 2.6. Электрическая схема осциллятора

Схема осциллятора (рис. 2.6) содержит: низкочас­тотный повышающий трансформатор Тр1 высокочас­тотный трансформатор Тр2 с обмотками, имеющими катушки индуктивности L1 и L2; разрядник Рк; кон­денсаторы С1 и С2. Напряжение вторичной обмотки Tp1, изменяясь по синусоиде, заряжает конденсатор С1 и при некотором своем значении вызывает пробой раз­рядника Рк. В результате колебательный контур L1, С1 оказывается практически закороченным и в нем воз­никают затухающие колебания высокой частоты. Через обмотку L2 и защитный конденсатор С2 эти колебания прикладываются к дуговому промежутку. Такую схему включения осциллятора называют параллельной, по­скольку колебательный контур осциллятора по отношению к дуге включен параллельно с источником пита­ния – сварочным трансформатором ТрС. Конденсаторы С включены в первичную цепь трансформатора Tp1 для уменьшения помех радиоприему.

Осцилляторы применяют при сварке дугой малой мощности, при ручной аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, при значительном падении напря­жения в силовой сети 380 В и в ряде других случаев.

3. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

3.1. Измерительные трансформаторы
напряжения и тока (общие сведения)

Измерительные трансформаторы применяются для расширения пределов измерения электроизмерительных приборов в цепях переменного тока и обес­печения безопасности обслуживания последних в сетях высокого напряжения. Кроме того, измерительные трансформаторы используются для включения приборов релейной защиты.

Измерительный трансформатор напряжения применяется при измерениях в сетях переменного тока напряжением свыше 220 В.Трансформатор напря­жения представляет собой понижающий трансформатор (рис. 3.1, а) с таким отношением витков в первичной и во вторичной обмотках, чтобы при номи­нальном первичном напряжении вторичное напряжение составляло 100 В. Во вторичную цепь трансформатора напряжения включаются вольтметры, частотомеры и обмотки напряжения ваттметров, счетчиков энергии и фазо­метров. Так как электрическое сопротивление этих приборов велико (порядка тысяч Ом), то трансформатор напряжения обычно работает в режиме, близ­ком к режиму холостого хода. Это дает возможность пренебречь падением напряжения в обмотках и принять

; ;

а так как , то напряжение в первичной обмотке

.

Здесь К _н – коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Измерительные трансформаторы изготавливаются однофазными и трех­фазными на первичное напряжение от 380 до 400 000 В. В трехфазных изме­рительных трансформаторах напряжения применяется группа соединения 12.

При напряжении до 3000 Втрансформаторы напряжения де­лаются сухими.

Р и с. 3.1. Схемы измерительных трансформаторов
напряжения (а) и тока (б)

При напряжениях более 3000 Втрансформаторы напряжения де­лаются масляными, что необходи­мо для большей электрической прочности изоляции обмоток.

В целях безопасности один из выводов вторичной обмотки и ко­жух трансформатора напряжения заземляются. Измерительный трансформатор токаприменяется для включения амперметров и обмоток тока ваттметров, счетчиков энергии и фазометров.

Первичная обмотка трансформатора тока выполняется из провода большого сечения и включается в сеть последовательно (рис. 3.1, б). Количество витков в обмотках трансформатора выбирается таким, чтобы при номинальном токе в первичной обмотке ток во вторичной цепи был 5 А.

Так как электрическое сопротивление приборов, включаемых во вторич­ную цепь, незначительно, то режим работы трансформатора тока близок к режиму короткого замыкания, при котором магнитный поток в магнитопроводе настолько мал, что им можно пренебречь. Тогда, по аналогии с уравнением токов, для опыта короткого замыкания можно записать следующее равенство для трансформатора тока:

,

откуда

,

где – коэффициент трансформации трансформатора тока.

При включении трансформатора тока в сеть заземляются кожух и один вывод вторичной обмотки.

Если во время работы трансформатора тока разомкнуть его вторичную обмотку, то ток в ней станет равным нулю, а первичный ток останется преж­ним. При этом он будет полностью намагничивающим и вызовет значительное увеличение магнитного потока. Магнитные потери возрастут пропорционально квадрату потока, что приведет к перегреву магнитопровода, опасному для целости изоляции. В итоге это может привести электрическую линию к ко­роткому замыканию на землю. Кроме того, ЭДС вторичной обмотки воз­растет пропорционально магнитному потоку и достигнет значений, опасных для обслуживающего персонала. Поэтому размыкание вторичной цепи трансформатора тока при наличии тока в первичной обмотке является недопустимым. При необходимости отключения прибора нужно зажимы вторичной обмотки трансформатора тока замкнуть накоротко.

3.2. Трансформаторы тока

3.2.1. Общие сведения

Для удобства измерения тока в установках высокого на­пряжения и изоляции измерительных приборов и устройств релейной защиты от высокого напряжения служат трансформаторы тока (ТТ). ТТ имеет замкнутый магнитопровод с двумя обмотками. Через первичную обмотку пропускает­ся измеряемый ток, вторичная обмотка подключается к из­мерительным приборам или реле. Первичная обмотка изолирована от вторичной в соответствии с классом изоляции аппарата. Один вывод вторичной обмотки обязательно за­земляется.

В случае повреждения изоляции приборы и реле оста­ются под потенциалом земли. Схема включения трансфор­матора тока ТА показана на рис. 3.2, а. В цепь вторичной обмотки включаются измерительные приборы или реле, яв­ляющиеся нагрузкой ТТ (R₂, Х₂, Z₂).Ток в первичной об­мотке ТТ определяется сопротивлением ,которое на не­сколько порядков выше, чем входное сопротивление ТТ при любом сопротивлении нагрузки Z₂. Для анализа работы ТТ целесообразно перейти от схемы замещения с магнитной связью обмоток (рис. 3.2, 6) к схеме замещения с электри­ческой связью обмоток (рис. 3.2, в). При этом параметры ТТ приводятся ко вторичной обмотке. На этой схеме – параметры первичной обмотки, приведенные ко вторичной обмотке; r₂ – активное сопро­тивление вторичной обмотки, х₂ – индуктивное сопротив­ление вторичной обмотки; R₂, X₂ – параметры нагрузки и – параметры ветви намагничивания. В качестве ко­эффициента приведения параметров схемы ко вторичной об­мотке применено отношение числа витков . При та­ком коэффициенте приведения значение х₂ может быть от­рицательным. Параметр х₂ в Т-образной схеме замещения является чисто расчетным, и отрицательный знак не имеет физического смысла.

Р и с. 3.2.Схемы включения и замещения трансформатора тока

Поскольку и включены после­довательно с большим сопротивлением , то на работу ТТ они не влияют и схема замещения принимает вид, показан­ный на рис. 3.2, г.

Основными параметрами ТТ являются следующие.

1. Номинальное напряжение – линейное напряжение энер­госистемы, в которой ТТ должен работать. Это напряжение определяет изоляцию между первичной обмоткой, находя­щейся под высоким потенциалом, и вторичной, один конец которой заземлен.

2. Номинальный первичный и вторичный токи – длительные токи, которые аппарат может пропускать. ТТ обычно имеют запас по нагреву и позволяют длительно пропускать токи, которые примерно на 20% выше номи­нального значения. Номинальный вторичный ток ТТ прини­мается равным 1 или 5 А.

3. Номинальный коэффициент трансформации – отношение номинальных значений первичного и вторичного токов:

Действительный коэффициент трансформации не равен номинальному вследствие погрешности, вызываемой поте­рями в трансформаторе.

4. Токовая погрешность в процентах определяется выраже­нием

где I ₂ – вторичный ток; – первичный приведенный ток.

В соответствии с ГОСТ 7746–78 приняты следующие условные положительные направления токов: первичного тока – ток втекает в начало первичной обмотки, вторичного – ток вытекает из начала вторичной обмотки (рис. 3.2, б). Обе обмотки намотаны в одну сторону. При таком положительном направлении токов в ТТ без погрешностей векторы вторичного и первичного токов совпадают по фазе. В реальном ТТ между векторами и I ₂ существует угол, который называется угловой погрешностью и измеря­ется в минутах. Если вторичный ток опережает первичный, то погрешность по углу положительная. Угловую погреш­ность необходимо учитывать при определении активной мощности цепи, равной UI cos , где – угол между то­ком и напряжением , а также при измерениях энергии и в ряде релейных защит, работа которых зависит от уг­ла . Классы точности и нормированы. Класс точности трансформатора определяет­ся его погрешностью по току в процентах при первичном токе, равном 100-120% .