Badanie transformatora spawalniczego

1. Opisać sposoby sterowania prądem spawania stosowane w transformatorach spawalniczych

Sterowanie prądem spawania może odbywać się na trzy sposoby:

• ciągły – prąd sterowania narasta stopniowo do góry;

• skokowy – prąd sterowania zostaje nastawiony na pewną wartość z pominięciem wartości mniejszych;

• mieszany – prąd sterowania do pewnego momentu jest zwiększany stopniowo, by w pewnym momencie przeskoczyć do wartości większej.

Prądem sterowania można także sterować poprzez wprowadzenie do obwodu reaktancji o zmienianej wartości. Stosuje się też konstrukcje trafo dużych mocy z tyrystorami połączonymi w układzie odwrotnie równoległym.

1. Narysować schemat układu pomiarowego do badania transformatorów spawalniczych

1. Narysować charakterystyki transformatora spawalniczego

Wykres a) i b) – spawanie elektrodami otulonymi, TIG, plazmowe.

Wykres c) – spawanie elektrodą topliwą w osłonach gazowych MIG/MAG.

1. Spawanie elektrodą otuloną

2. Spawanie elektrodą topliwą w osłonie CO₂ (MAG)

1. Porównać właściwości technologiczne prostowników i transformatorów spawalniczych

• spawanie elektrodami otulonymi – zasilanie trafo spawalniczymi (AC), prostownikami spawalniczymi/przetwornicami elektronicznymi (DC). Prawidłowość inicjacji spawania i przebiegu wyładowania łukowego zależy od warunków fizykochemicznych środowiska oraz od właściwości i parametrów zasilacza.

Stałość wyładowania łukowego uzyskuje się przez: opadającą (lub stałoprądową) charakterystykę zewnętrzną zasilacza, spełnienia zależności:

• 1,0 < I_z/I_sp < 2,0

• U₀/U_ł > 1,8÷2,5

• U₀ = 40÷60 V

Charakterystyki opadające uzyskuje się poprzez wprowadzenie do obwodu prądu spawania reaktancji o zmienianej wartości (reaktancja rozproszenia). Stosuje się też zmianę zaczepów uzwojenia pierwotnego. Obecnie stosuje się odpowiednie rozmieszczenie uzwojeń na kolumnach rdzenia oraz zastosowanie ruchomego bocznika strumienia magnetycznego. Prostowniki tyrystorowe pozwalają nie tylko dopasować charakterystyki zasilania, ale ułatwić i poprawić pracę spawacza. Możliwe jest tutaj spawanie impulsowe, wspomaganie zajarzania łuku.

1. Od czego zależy moc (prąd spawania) transformatora spawalniczego?

Prąd spawania zależy od napięcia i oporności.

Badanie modelu pieca kanałowego

1. Opisać budowę i działanie pieców kanałowych

Piece kanałowe są zasilane wyłącznie napięciem o częstotliwości sieciowej. Metal w kanale jest odpowiednikiem wtórnego uzwojenia trafo, którego uzwojeniem pierwotnym jest wzbudnik. Piec ma jeden kanał pionowy (choć istnieją takie z kanałami poziomymi i ukośnymi). Kształty kanałów są kołowe, prostokątne lub zbliżone do litery V, przy czym wykonuje się je jako pojedyncze albo podwójne (W). Kanał jest utworzony w wyłożeniu ogniotrwałym i wraz ze wzbudnikiem oraz rdzeniem tworzy moduł indukcyjny, który jest elementem trwale zintegrowanym z resztą pieca lub jest łatwo odejmowalny, co pozwala na szybką wymianę tej najbardziej narażonej na zużycie części pieca. Wzbudniki są chłodzone powietrzem lub wodą. Piece są jedno-, dwu- lub trójfazowe. Wanna ma kształt cylindryczny, prostopadłościenny, bębnowy lub kulisty i może być jedno- lub dwukomorowa. Spust metalu odbywa się przez znajdujący się nad poziomem kąpieli lej spustowy, przez dno i tylko niekiedy przez otwór w kanale.

Przeznaczeniem pieców kanałowych jest przegrzewanie stopionych metali z korektą składu chemicznego, topienie metali, przetrzymywanie ich w stanie nagrzanym (piece buforowe). Zasilane są zwykle przez trafo regulacyjne, wyposażone w baterie kondensatorów do kompensacji mocy biernej.

Zalety pieców kanałowych: duża sprawność (0,8÷0,94), duża wartość cosϕ, tani układ zasilania. Wady: konieczność częstego czyszczenia kanałów oraz niezbędność wypełnienia kanału metalem przed rozruchem.

1. Porównać właściwości technologiczne pieców kanałowych i tyglowych

Piec indukcyjny tyglowy składa się z miedzianej cewki, chłodzonej przepływającą wewnątrz wodą, opasującej tygiel z masy ogniotrwałej. Od strony zewnętrznej jest ona izolowana i zamknięta płaszczem stalowym. Piec jest zamknięty w ramie wyposażonej w układ przechylania go. Tygiel pieca jest zamykany na okres topienia pokrywą, otwieraną w okresach ładowania i odżużlania. Piec jest załadowywany, w zależności od jego pojemności, za pomocą chwytaka elektromagnetycznego, kubła skipowego, rynny wibracyjnej lub ręcznie. Cewka piecowa jest zasilana prądem zmiennym o częstotliwości sieciowej, średniej lub wysokiej (odpowiednio 50, 250 lub 1000 Hz).

W zależności od zainstalowanej mocy właściwej i stosowanej technologii sprawność energetyczna pieca może sięgać 80% (bez uwzględniania sprawności procesów wytwarzania energii elektrycznej); ale zwykle wynosi ona 60 do 70%. Uwzględniając sprawność procesów wytwarzania energii elektrycznej, uzyskuje się ogólną sprawność pieca indukcyjnego tyglowego, wynosząca zaledwie 15 - 20%, co jest wartością bardzo małą w porównaniu z piecami innego rodzaju.

Zalety:

• wszechstronność zastosowania;

• krótki czas wytapiania;

• małe zanieczyszczenie środowiska gazami i pyłami;

• małe nakłady na utrzymanie pieca w ruchu;

• dobre możliwości kontroli pracy pieca;

Piece tyglowe stosuje się do topienia, a indukcyjne – do przetrzymywania.

1. Jakie źródła stosuje się do zasilania pieców kanałowych?

Stosuje się wyłącznie źródła napięciowe o częstotliwości sieciowej.

1. Dlaczego budowane są piece dwukanałowe lub asymetryczne trójkanałowe?

Ich budowa pozwala na zwiększenie mocy pieca.

1. Z czego wynika efekt mieszania kąpieli w piecach indukcyjnych?

Efekt mieszania kąpieli wynika ze zmian częstotliwości prądu (oraz z występowania sił elektrodynamicznych) – efekt ten zmniejsza się, gdy częstotliwość prądu rośnie. Stąd ruch kąpieli w piecach sieciowej częstotliwości (50 Hz) jest większy niż w piecach o częstotliwości średniej.

1. Dlaczego kanały umieszcza się w dolnej części tygla?

2. Jak napełniany i opróżniany jest piec kanałowy?

Badanie nagrzewnicy indukcyjnej z kompensacją

1. Dlaczego wymagane jest stosowanie kompensacji mocy biernej w nagrzewnicach indukcyjnych?

Nagrzewnice indukcyjne oprócz mocy czynnej pobierają jeszcze moc bierną, która jest niezbędna do ich działania. Pobiera się ją z odległych źródeł (elektrowni) – trzeba ją więc kompensować, bo powoduje wzrost prądów zasilających. A to pociąga za sobą straty przemysłowe, konieczność doboru większych przekrojów linii zasilających.

1. Jakie czynniki wpływają na sprawność procesu nagrzewania indukcyjnego?

• wytworzenie wystarczająco silnego pola magnetycznego;

• przewodność cieplna materiałów;

• konduktywność materiału wzbudnika;

• przenikalność względna wsadu.

1. Jak wpływa rodzaj wsadu na proces nagrzewania indukcyjnego?

2. Jakie źródła stosuje się do zasilania nagrzewnic indukcyjnych?

Stosuje się źródła dostosowane do używanej częstotliwości. Stosuje się jako źródła: przemienniki statyczne, generatory lampowe i tranzystorowe, generatory maszynowe, przekształtniki transformatorowe i magnetyczne mnożniki częstotliwości.

Dla f < 50 Hz tyrystorowe przemienniki statyczne.

Dla f = 50 Hz trafo regulacyjne

Dla f = 150-450 Hz magnetyczne mnożniki częstotliwości.

1. Wyprowadzić wzory na pojemność kondensatora potrzebnego do kompensacji całkowitej i częściowej odbiornika indukcyjnego. Narysować odpowiednie wykresy wskazowe.

Pojemność kondensatora do całkowitej kompensacji:

Kompensacja częściowa:

1. Jak temperatura Curie wpływa na proces nagrzewania indukcyjnego?

Temperatura Curie to temperatura, przy której pewne materiały zmieniają swoje własności magnetyczne.