Ταξινόμηση και διάταξη μετασχηματιστών συγκόλλησης

Ο μετασχηματιστής συγκόλλησης περιέχει μετασχηματιστής ισχύος και συσκευή ελέγχου ρεύματος συγκόλλησης.

Στους μετασχηματιστές συγκόλλησης, λόγω της ανάγκης για μεγάλη μετατόπιση φάσης τάσης και ρεύματος για να εξασφαλιστεί σταθερή ανάφλεξη του τόξου εναλλασσόμενου ρεύματος όταν αντιστρέφεται η πολικότητα, είναι απαραίτητο να παρέχεται αυξημένη επαγωγική αντίσταση του δευτερεύοντος κυκλώματος.

Καθώς αυξάνεται η επαγωγική αντίσταση, αυξάνεται επίσης η κλίση του εξωτερικού στατικού χαρακτηριστικού της πηγής ισχύος τόξου συγκόλλησης στο τμήμα εργασίας της, γεγονός που διασφαλίζει ότι τα χαρακτηριστικά πτώσης λαμβάνονται σύμφωνα με τις απαιτήσεις για τη συνολική σταθερότητα της "πηγής ισχύος - τόξου "σύστημα.

Στο σχεδιασμό των μετασχηματιστών συγκόλλησης στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα, χρησιμοποιήθηκαν μετασχηματιστές με κανονική διάχυση του μαγνητικού πεδίου σε συνδυασμό με ξεχωριστό ή συνδυασμένο τσοκ. Το ρεύμα ελέγχεται μεταβάλλοντας το διάκενο αέρα στο μαγνητικό κύκλωμα του επαγωγέα.

Στους σύγχρονους μετασχηματιστές συγκόλλησης, που παράγονται από τη δεκαετία του 1960, αυτές οι απαιτήσεις ικανοποιούνται με την αύξηση της διάχυσης του μαγνητικού πεδίου.

Ο μετασχηματιστής ως αντικείμενο ηλεκτρολόγων μηχανικών έχει ένα ισοδύναμο κύκλωμα που περιέχει ενεργή και επαγωγική αντίσταση.

Για μετασχηματιστές συγκόλλησης που λειτουργούν σε λειτουργία φορτίου, η κατανάλωση ισχύος είναι μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από τις απώλειες χωρίς φορτίο, επομένως, όταν λειτουργεί υπό φορτίο, αυτό το σχήμα μπορεί να παραμεληθεί.

Ρύζι. 1. Ταξινόμηση μετασχηματιστών συγκόλλησης

Για ένα τυπικό κύκλωμα μετασχηματιστή, η απώλεια του κύριου μαγνητικού πεδίου στη διαδρομή από το πρωτεύον στη δευτερεύουσα περιέλιξη συμβαίνει μεταξύ των πυρήνων του μαγνητικού κυκλώματος.

Η διάχυση του μαγνητικού πεδίου ελέγχεται αλλάζοντας τη γεωμετρία του διακένου αέρα μεταξύ των πρωτευουσών και δευτερευουσών περιελίξεων (κινητά πηνία, κινούμενα διακλαδώσεις), με συντονισμένη αλλαγή στον αριθμό των στροφών των πρωτευόντων και δευτερευουσών περιελίξεων, αλλάζοντας τη μαγνητική διαπερατότητα μεταξύ των πυρήνων του μαγνητικού κυκλώματος (μαγνητισμένη διακλάδωση).

Όταν εξετάζετε ένα απλοποιημένο διάγραμμα ενός μετασχηματιστή με κατανεμημένες περιελίξεις, είναι δυνατόν να ληφθεί η εξάρτηση της επαγωγικής αντίστασης από τις κύριες παραμέτρους του μετασχηματιστή

Rm είναι η αντίσταση κατά μήκος της διαδρομής της αδέσποτης μαγνητικής ροής, ε είναι η σχετική μετατόπιση των πηνίων, W είναι ο αριθμός των στροφών των πηνίων.

Τότε το ρεύμα στο δευτερεύον κύκλωμα:

Απείρως μεταβλητό εύρος σύγχρονων μετασχηματιστών συγκόλλησης: 1: 3; 1: 4.

Πολλοί μετασχηματιστές συγκόλλησης διαθέτουν βηματικό έλεγχο — μετατρέποντας τόσο την κύρια όσο και τη δευτερεύουσα περιέλιξη σε παράλληλη ή σε σειρά σύνδεση.

I = K / W2

Σύγχρονοι μετασχηματιστές συγκόλλησης για τη μείωση του βάρους και του κόστους του σταδίου των υψηλών ρευμάτων, μειώνεται η τάση του ανοιχτού κυκλώματος.

Συγκολλημένοι μετασχηματιστές με κινητά πηνία

Ρύζι. 2. Η συσκευή ενός μετασχηματιστή συγκόλλησης με κινητές περιελίξεις: όταν οι περιελίξεις είναι πλήρως μετατοπισμένες, το ρεύμα συγκόλλησης είναι μέγιστο, όταν οι περιελίξεις είναι διαχωρισμένες, είναι ελάχιστο.

Αυτό το σχήμα χρησιμοποιείται επίσης σε ανορθωτές συγκόλλησης ρυθμιζόμενων μετασχηματιστών.

Ρύζι. 3. Ο σχεδιασμός του μετασχηματιστή με κινητά τυλίγματα: 1 — μολύβδινη βίδα, 2 — μαγνητικό κύκλωμα, 3 — παξιμάδι, 4,5 — δευτερεύουσες και πρωτεύουσες περιελίξεις, 6 — λαβή.

Συγκόλληση κινητών μετασχηματιστών διακλάδωσης

Ρύζι. 4. Η συσκευή μετασχηματιστή συγκόλλησης με κινητή διακλάδωση

Στην περίπτωση αυτή, η ρύθμιση της ροής διαρροής του μαγνητικού πεδίου γίνεται αλλάζοντας το μήκος και το τμήμα των στοιχείων της μαγνητικής διαδρομής μεταξύ των ράβδων του μαγνητικού κυκλώματος. Επειδή μαγνητική διαπερατότητα Ο σίδηρος είναι δύο τάξεις μεγέθους μεγαλύτερος από τη διαπερατότητα του αέρα. όταν η μαγνητική διακλάδωση κινείται, η μαγνητική αντίσταση του ρεύματος διαρροής που διέρχεται από τον αέρα αλλάζει. Με μια πλήρως τοποθετημένη διακλάδωση, η κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και η επαγωγική αντίσταση προσδιορίζονται από τα κενά αέρα μεταξύ του μαγνητικού κυκλώματος και της διακλάδωσης.

Επί του παρόντος, οι μετασχηματιστές συγκόλλησης σύμφωνα με αυτό το σχήμα παράγονται για βιομηχανικούς και οικιακούς σκοπούς και ένα τέτοιο σχήμα χρησιμοποιείται κατά τη συγκόλληση ανορθωτών ρυθμιζόμενων μετασχηματιστών.

Μετασχηματιστής συγκόλλησης TDM500-S

Μετασχηματιστές συγκόλλησης με τμηματική περιέλιξη

Πρόκειται για μετασχηματιστές συναρμολόγησης και οικιακής χρήσης που κατασκευάστηκαν πριν από 60, 70, 80 χρόνια.

Υπάρχουν διάφορα στάδια ρύθμισης του αριθμού των στροφών της κύριας και δευτερεύουσας περιέλιξης.

Σταθεροί μετασχηματιστές συγκόλλησης διακλάδωσης

Ρύζι. 4. Η συσκευή μετασχηματιστή συγκόλλησης με σταθερή μαγνητική διακλάδωση

Ένα τμήμα πτώσης χρησιμοποιείται για έλεγχο, π.χ. Λειτουργία πυρήνα διακλάδωσης σε λειτουργία κορεσμού. Επειδή η μαγνητική ροή που διέρχεται από τη διακλάδωση είναι μεταβλητή, το σημείο λειτουργίας επιλέγεται έτσι ώστε να μην βγαίνει έξω από τον κλάδο που πέφτει μαγνητική διαπερατότητα.

Καθώς αυξάνεται ο κορεσμός του μαγνητικού κυκλώματος, η μαγνητική διαπερατότητα της διακλάδωσης μειώνεται, κατά συνέπεια, το ρεύμα διαρροής, η επαγωγική αντίσταση του μετασχηματιστή αυξάνεται και ως αποτέλεσμα, το ρεύμα συγκόλλησης μειώνεται.

Δεδομένου ότι η ρύθμιση είναι ηλεκτρική, είναι δυνατός ο τηλεχειρισμός του τροφοδοτικού. Ένα άλλο πλεονέκτημα του κυκλώματος είναι η απουσία κινητών μερών, επειδή ο ηλεκτρομαγνητικός έλεγχος, αυτό καθιστά δυνατή την απλοποίηση και τη διευκόλυνση του σχεδιασμού των μετασχηματιστών ισχύος. Οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις είναι ανάλογες με το τετράγωνο του ρεύματος, επομένως σε υψηλά ρεύματα υπάρχει πρόβλημα με τη στήριξη κινούμενων μερών. Οι μετασχηματιστές αυτού του τύπου κατασκευάστηκαν στις δεκαετίες του '70 και του '80 του 20ού αιώνα.

Μετασχηματιστές συγκόλλησης θυρίστορ

Ρύζι. 5. Συσκευή μετασχηματιστή συγκόλλησης με θυρίστορ

Αρχή ρύθμισης τάσης και ρεύματος θυρίστορ με βάση τη μετατόπιση φάσης της οπής του θυρίστορ στη μισή περίοδο της άμεσης πολικότητας της. Ταυτόχρονα, η μέση τιμή της διορθωμένης τάσης και, κατά συνέπεια, το ρεύμα για μισό κύκλο αλλάζει.

Για την παροχή ρύθμισης ενός μονοφασικού δικτύου, χρειάζεστε δύο αντίθετα συνδεδεμένα θυρίστορ και η ρύθμιση πρέπει να είναι συμμετρική.Οι μετασχηματιστές θυρίστορ έχουν ένα άκαμπτο εξωτερικό στατικό χαρακτηριστικό που ελέγχεται από την τάση εξόδου χρησιμοποιώντας θυρίστορ.

Τα θυρίστορ είναι κατάλληλα για ρύθμιση τάσης και ρεύματος σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος επειδή κλείνουν αυτόματα όταν αντιστρέφεται η πολικότητα.

Στα κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, κυκλώματα συντονισμού με επαγωγή χρησιμοποιούνται συνήθως για το κλείσιμο θυρίστορ, κάτι που είναι δύσκολο και ακριβό και περιορίζει τις δυνατότητες ρύθμισης.

Στα κυκλώματα μετασχηματιστών θυρίστορ, τα θυρίστορ εγκαθίστανται στο πρωτεύον κύκλωμα περιέλιξης για δύο λόγους:

1. Επειδή τα δευτερεύοντα ρεύματα των πηγών ισχύος συγκόλλησης είναι πολύ μεγαλύτερα από το μέγιστο ρεύμα του θυρίστορ (έως 800 A).

2. Μεγαλύτερη απόδοση, αφού οι απώλειες πτώσης τάσης στις ανοιχτές βαλβίδες στον πρώτο βρόχο είναι αρκετές φορές μικρότερες από την τάση λειτουργίας.

Επιπλέον, η αυτεπαγωγή του μετασχηματιστή σε αυτή την περίπτωση παρέχει μεγαλύτερη εξομάλυνση του ανορθωμένου ρεύματος από ό,τι στην περίπτωση εγκατάστασης θυρίστορ στο δευτερεύον κύκλωμα.

Όλοι οι σύγχρονοι μετασχηματιστές συγκόλλησης είναι κατασκευασμένοι με περιελίξεις αλουμινίου. Για αξιοπιστία, οι χάλκινες λωρίδες συγκολλούνται εν ψυχρώ στα άκρα.

Ρύζι. 6. Μπλοκ διάγραμμα μετασχηματιστή θυρίστορ: T — τριφασικός μετασχηματιστής βηματοδότησης, KV — βαλβίδες μεταγωγής (θυρίστορ), BFU — συσκευή ελέγχου φάσης, BZ — μπλοκ εργασιών.

Ρύζι. 7. Διάγραμμα τάσης: φ- γωνία (φάση) ενεργοποίησης θυρίστορ.

Από τη δεκαετία του 1980, η πλειονότητα των μετασχηματιστών συγκόλλησης έχουν κατασκευαστεί από σίδερο μετασχηματιστών ψυχρής έλασης. Αυτό δίνει 1,5 φορές περισσότερη επαγωγή και μικρότερο βάρος του μαγνητικού κυκλώματος.