РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике, в частности к устройствам для ручной дуговой сварки и резке металлов на переменном и постоянном токе, а также может найти применение и для автоматизированной сварки различных металлов плавящимся и неплавящимся электродом.
Как известно, широкое распространение получили однофазные и трехфазные трансформаторы с развитым магнитным рассеянием, состоящие из первичной и вторичной обмоток, расположенных симметрично на стержнях магнитопровода, и расположенного между ними подвижного магнитного шунта. Между шунтом и стержнями магнитопровода имеется воздушный (немагнитный) зазор. На стабильность зажигания и горения сварочной дуги и величину разбрызгивания электродного металла, особенно при сварке на переменном токе, большое влияние оказывает величина напряжения холостого хода и искажение формы кривой сварочного тока с замедлением его прохождения через нулевое значение. Трансформаторы с магнитным шунтами [Оборудование для дуговой сварки. Под редакцией В.В.Смирнова. Справочное пособие, Л. Энергоатомиздат, 1986 г. С.341-365] не имеют постоянного напряжения холостого хода. В зависимости от воздушного зазора в шунте и его положения в окне магнитопровода изменяется составляющая магнитного потока холостого хода, замыкающаяся, минуя вторичную обмотку, частично через шунт.
При малых значениях зазора и малых режимах работы источника питания напряжение холостого хода снижается, увеличивается искажение кривой сварочного тока. Следовательно, в трансформаторах с подвижным
магнитным шунтом должен обеспечиваться воздушный зазор, определяемый с учетом технико-экономической целесообразности.
В известном традиционном исполнении трансформатора для перемещения шунта, собранного в виде пакета листов из трансформаторной стали, а также для его удержания от втягивания в окно трансформатора магнитным полем, используется винтовой механизм. К шунту крепится ходовая гайка, а к магнтопроводу ходовой винт. Плавное изменение тока осуществляется перемещением ходового винта.
На подвижный шунт трансформатора действуют электромагнитные силы, пульсирующие от нуля до максимума с двойной частотой и пропорциональные квадрату силы тока. Первая из них втягивает шунт в окно между стержнями магнитопровода, а другие две разворачивают его в окне. Действие электромагнитных сил вызывает сильную вибрацию всего регулирующего устройства и резкое недопустимое увеличение уровня шума.
Для снижения вибрации и шума применяют тугие направляющие из немагнитных материалов, по которым перемещается шунт с заданным воздушным зазором. Действие вращательной силы подавляется различными конструктивными решениями, например, пружинными компенсаторами [Б.Е.Патон, В.К.Лебедев «Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки». - М. Машиностроение,1960, с.165, 237-240].
Однако, именно вибрация, в сочетании с неизбежным быстрым износом резьбового соединения механизма перемещения, является причиной снижения срока службы трансформатора.
Известен трансформатор [патент РФ №2208858, опубл. 2003.07.20], конструкция которого позволяет максимально уменьшить вибрацию шунта благодаря заклиниванию его между стержнями магнитопровода после установки выбранного тока. Шунт изготавливается из трех независимых частей: двух клиновидных элементов, выполненных в виде прямоугольных трапеций с боковыми скосами, кинематически связанных траверсой, и
расположенного между ними центрирующего элемента в форме равнобокой трапеции. Центрирующий элемент перемещается вдоль оси за счет винта и гайки, при этом клиновые элементы расходятся в противоположные стороны, обеспечивая зажатие шунта без зазоров в окне магнитопровода.
Данная конструкция состоит из значительного количества кинематически связанных элементов. Полностью отсутствует воздушный зазор между шунтом и сердечником трансформатора. В этом случае неизбежны повреждения пластин клиновидных шунтов и центрирующего элемента.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является регулируемый трансформатор [патент РФ №2136461, опубл. 1999.09.10], в котором между первичной и вторичной обмотками располагается блок магнитного шунта, состоящий из двух клиновидных призм, выполненных в продольном сечении в виде прямоугольных трапеций. При этом угол пересечения плоскостей, в которых лежат рабочие поверхности одной призмы, равен углу пересечения плоскостей, в которых лежат рабочие поверхности другой призмы. Указанные углы противоположно направлены. Оба элемента шунта соединены общей тягой, обеспечивающей перемещение его в окне магнитопровода.
Заклинивание шунта обеспечивается благодаря взаимному перемещению призм в продольном направлении, когда общая его ширина окажется равной ширине окна при нулевом зазоре между ними. Вибрация и уровень шума невелики.
Недостатком трансформатора является значительное изменение напряжения холостого хода и искажение формы кривой тока в диапазоне рабочих режимов. Кроме того, значительное перемещение подвижной призмы в окне магнитопровода создает в ряде случаев задирание пластин стержня, затрудняющее движение шунта при эксплуатации.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в максимальном снижении вибрации шунта, уровня шума, улучшении сварочных свойств и эксплутационной надежности.
Для получения указанного технического результата в регулируемом трансформаторе, содержащем магнитопровод стержневого типа, первичную и вторичную обмотки и расположенный между ними подвижный шунт, снабженный средством перемещения, шунт выполнен из двух прямоугольных призм, соединенных шарнирно серьгами, при этом одна призма закреплена на общем кронштейне, а вторая на проходящей через него тяге, которая обеспечивает взаимное перемещение призм между собой, а также расклинивание их при помощи серег в окне магнитопровода, при этом между призмами образуется контролируемый воздушный зазор.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлено:
фиг.1 - общий вид однофазного трансформатора с шунтом (а - призмы разведены, б - призмы сведены);
фиг.2 - общий вид трехфазного трансформатора с шунтом.
В регулируемом трансформаторе (фиг.1) в окне магнитопровода расположен шунт, выполненный из двух параллельно расположенных прямоугольных призм 1, 2. Одна из призм, например, 2, жестко соединена с кронштейном 3, а другая призма 1 соединена с тягой 4, проходящей через тот же кронштейн 3. Тяга 4 обеспечивает перемещение призм 1, 2 относительно друг друга.
При сведенных призмах 1, 2 (фиг.1б) кронштейном 3 производится перемещение шунта в окне трансформатора в направлении перпендикулярном магнитопроводу и тем самым осуществляется регулирование сварочного тока. В качестве средства перемещения шунта можно использовать кулачок 5.
После предварительной установки сварочного тока перемещением тяги 4 производится расклинивание призм 1, 2 в окне магнитопровода (фиг.1а) за счет серег 6 шарниров 7, при этом между призмами 1, 2 образуется контролируемый воздушный зазор, величина которого Δ конструктивно определяется из расчетного значения общего зазора между шунтом и стержнями магнитопровода.
В случае трехфазного трансформатора магнитный шунт (фиг.2) устанавливается в обоих окнах магнитопровода, при этом неподвижные призмы 2 соединены общим кронштейном 3, а подвижные призмы 1 перемещаются единой тягой 4.
Таким образом, в указанном техническом решении снижается вибрация и уровень шума трансформатора, а введение контролируемого воздушного зазора в шунте улучшает его сварочные свойства. Незначительное перемещение призм шунта практически ликвидирует возможные задиры пластин магнитопровода при эксплуатации.
Опытные образцы трансформаторов прошли испытания, подтвердив целесообразность предложенных решений.