LUCRAREA 7

LUCRAREA 7

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR EXTERNE ALE UNUI TRANSFORMATOR DE SUDARE

1. Scopul lucrrii

n cadrul lucrrii se urmrete determinarea experimental a caracteristicilor externe ale unui transformator de sudare, pentru diferitele sale trepte de reglaj. Se vor vizualiza i analiza formele specifice ale curentului de sudare i tensiunii la bornele arcului electric. De asemenea, se va analiza necesitatea compensrii factorului de putere.

2. Aspecte teoretice

Transformatorul de sudare este sursa uzual pentru alimentarea arcului electric de tensiune alternativ utilizat n procesul de sudare electric.

Caracteristica extern n care US este tensiunea la bornele arcului electric, iar I2 este intensitatea curentului n arcul electric, trebuie s fie puternic cztoare, astfel nct intensitatea curentului de scurtcircuit s nu depeasc cu mult curentul nominal. Pentru a asigura reaprinderea instantanee a arcului electric n fiecare semiperioad a tensiunii, este necesar ca circuitul de alimentare s aib un pronunat caracter inductiv.

Schema echivalent a circuitului electric al transformatorului de sudare ca i diagrama fazorial corespunztoare (neglijnd curentul de magnetizare), sunt indicate n figura 7.1.

n figura 7.1 au fost utilizate notaiile:

Mrimile raportate la secundarul transformatorului de sudare s-au notat cu indicele ().

n figura 7.1.b s-a notat:

La funcionarea n gol (I2=0), dac se neglijeaz curentul de magnetizare, rezult

(7.1)

Valoarea tensiunii de mers n gol U20 trebuie s fie cuprins n intervalul (4070) V, pentru a asigura amorsarea arcului electric i a nu prezenta pericol de electrocutare pentru personalul care efectueaz lucrrile de sudare.

La funcionarea n sarcin, dac circuitul electric are o inductivitate suficient (), are loc reaprinderea fr pauze de curent, n fiecare semiperioad (fig. 7.2). S-a notat cu Uaa, tensiunea de amorsare a arcului electric. Curentul prin arcul electric (curentul de sudare I2) este n faz cu tensiunea US la bornele arcului electric (arcul electric se poate considera ca un receptor pur rezistiv).

Din figura 7.2 se observ c la trecerea prin zero a curentului are loc stingerea arcului electric de sudare. De asemenea, are loc reaprinderea imediat n semiperioada urmtoare avnd n vedere c n acest moment, tensiunea u are o valoare suficient pentru reamorsarea arcului elecric.

Pe durata arderii arcului electric, tensiunea la bornele acestuia este practic constant (Ua). Curbele din figura 7.2 pun n eviden faptul c arcul electric este un receptor nelinear, conducnd la un pronunat regim deformant.

Punctul de funcionare al arcului electric se stabilete la intersecia ntre caracteristica arcului electric (curba b din fig. 7.3) i caracteristica extern (curba a din fig. 7.3) a sursei de alimentare. Punctul de funcionare A este un punct de funcionare stabil, iar punctul B este un punct de funcionare instabil. La lungirea arcului electric (datorit consumrii electrodului de sudare), caracteristica b se deplaseaz n b1, iar punctul de funcionare trece n A1.

n cazul caracteristicii cztoare a sursei de alimentare, curentul de sudare I2 nu difer prea mult de curentul de scurtcircuit Isc. n acest fel se asigur att protecia sursei de alimentare ct i a electrodului de sudare contra supranclzirii.

La funcionarea n scurtcircuit (US=0), intensitatea curentului electric rezult

(7.2)

n relaia (7.2) s-au utilizat notaiile:

(7.3)

Analiza relaiei (7.2) pune n eviden faptul c modificarea valorii curentului electric n circuit se poate face fie prin modificarea tensiunii de mers n gol U20 (egal cu U), fie prin modificarea reactanei echivalente X.

Modificarea tensiunii de mers n gol se realizeaz prin schimbarea raportului de transformare al transformatorului de sudare, iar modificarea reactanei echivalente se face, de exemplu prin modificarea fluxului de scpri al transformatorului de sudare. Caracteristicile externe ale transformatorului de sudare, n cele dou cazuri, sunt indicate n figura 7.4.

n cazul indicat n figura 7.4.a, reducerea curentului de sudare este nsoit de reducerea tensiunii de mers n gol, ceea ce poate fi dezavantajos pentru amorsarea arcului electric. n mod uzual sunt utilizate schema n care se poate modifica att rapotrul de transformare ct i reactana circuitului.

Caracteristica extern a transformatorului de sudare poate fi obinut prin msurtori efectuate pentru diferite valori ale curentului din secundarul transformatorului de sudare sau prin construc ale curentului din secundarul transformatorului de sudare sau prin construcie grafic pe baza unor mrimi caracteristice ale circuitului. Din diagrama fazorial a circuitului (fig. 7.1.b) rezult expresia curentului electric n circuit

EMBED Equation.3

(7.4)

sau

(7.5)

n relaia (7.5) au fost utilizate notaiile (7.3).

Locul geometric al vrfului fazorului atunci cnd Ra variaz, iar U, R i X sunt fixe, este un cerc (i cu raza U/2(X i cu centrul de coordonate (0; - U/2(X) (fig. 7.5). Diametrul cercului este U/X, valoare ce corespunde curentului maxim de scurtcircuit Isc, max, obinut n cazul n care rezistena R a circuitului ar fi nul.

Tensiunea la bornele arcului electric rezult din relaia:

(7.6)

Locul geometric al vrfului fazorului atunci cnd Ra variaz (de la 0 la infinit), iar mrimile U, R i X rmn fixe, este un crec (u cu raza U20/2 i coordonatele centrului (U20/2; U(R/2X).

Dac se are n vedere faptul c tensiunea US este n faz cu curentul I2, pentru diferite valori ale curentului I2 poate fi construit caracteristica extern (fig. 7.5).

1. Chestiuni de studiat1.1 Se determin caracteristicile externe ale transformatorului de sudare la funcionarea pe un rezistor linear, punnd n eviden valorile tensiunilor de mers n gol i ale curenilor de scurtcircuit.

1.2 Se analizeaz formele specifice ale curentului de sudare i ale tensiunii la bornele arcului electric, punnd n eviden caracterul rezistiv dar deformant al arcului electric.

1.3 Se analizeaz valoarea factorului de putere natural (cu ntreruptorul b2 deschis) punnd n eviden necesitatea compensrii factorului de putere.

1.4 Se compar caracteristica extern determinate grafic cu caracteristica determinate pe baza de msurtori, pentru aceeai poziie a comutatorului b3.

2. Schema utilizat

n fig. 7.1 au fost utilizate notaiile:

SAD este sistem de achiziie de date,

PC calculator,

TC1, TC2 transformatoare de masur pentru curent electric,

RV rezistor de sarcin,

C condensator pentru compensarea factorului de putere.

Prin nchiderea butonului b1, se alimenteaz transformatorul de sudare TS.

Reglarea valorii curentului de sudare se face prin comutarea, cu ajutorul comutatorului b3 a ploturilor transformatorului de sudare.

ncrcarea transformatorului de sudare se face pe rezistorul reglabil RV sau prin alimentarea arcului electric de sudare.

3. Modul de lucru3.1 Cu instalaia scoas de sub tensiune (butonul b1 n poziie deschis), se efectueaz legturile la rezistorul RV. Se trece rezistorul RV pe poziia maxim (RV = (). Comutatorul b3 se trece pe prima poziie iar ntreruptorul b2 se menine n poziia deschis.

3.2 Se conecteaz instalaia prin acionarea butonului b1 i se determin tensiunea de mers n gol. Se deconecteaz instalaia (prin acionarea butonului b1), se modific valoarea rezistorului RV i se msoar valorile US i I2 necesare trasrii caracteristicilor externe. De asemenea, se determin mrimile din primarul transformatorului pentru a pune n eviden caracterul defazant al receptorului. Prin nchiderea ntreruptorului b2 se determin influena compensrii puterii reactive asupra valorilor mrimilor din primarul transformatorului.

3.3 Se repet operaiile pentru diferitele poziii ale comutatorului b3, pentru cazul n care condensatorul de compensare C este conectat sau deconectat.

3.4 Datele obinute pe durata msurtorilor se nscriu n tabelul 7.1.

3.5 Se deconecteaz instalaia de sudare de la reeaua de alimentare (se acioneaz butonul b1) i se comut legturile din secundarul transformatorului ctre electrodul de sudare S.

3.6 n funcie de electrodul utilizat (vezi anexa 6), se alege poziia comutatorului b3. Se conecteaz instalaia de sudare la reea prin acionarea butonului b1. Se efectueaz operaia de sudare. Pe monitorul calculatorului se analizeaz formele specifice ale curentului de sudare i tensiunii la bornele arcului elctric.

3.7 Pentru poziia comutatorului b3 la care se efectueaz operaia de sudare, se msoar tensiunea de mers n gol U20 i tensiunea U10 corespunzatoare funcionarii n gol a transformatorului. Se determin raportul de transformare:

3.8 Cu ajutorul electrodului de sudare, pentru o durat limitat de timp, se realizeaz un scurtcircuit n secundarul transformatorului de sudare i se msoar curentul de scurtcircuit Isc. De asemenea, se msoar valorile U1,sc, I1,sc i P1,sc.

3.9 Se calculeaz valoarea factorului de putere (sc la funcionarea n scurtcircuit a transformatorului.

Pe baza valorii factorului de putere (sc se determin:

Parametrii RS i XS se determin pe baza datelor obinute prin dou msuratori la conectarea transformatorului de sudare pe dou rezistoare de valori diferite (vezi anexa 7).

Raportarea mrimilor la secundarul transformatorului se face pe baza relaiilor:

EMBED Equation.3

3.10 Pe baza datelor obinute se calculeaz valorile R i X i se traseaz grafic caracteristica extern US=f (I2).Tabelul 7.1

Determinarea caracteristicilor externe ale transformatorului de sudare

Nr.

curentPozi-

ia

b2Pozi-

ia

RVU1I1P1(USI2

cu Cfr Ccu Cfr C

VAAW--VA

1234567891011

_1087197350.unknown

_1087204336.unknown

_1087204643.unknown

_1087209514.unknown

_1087209615.unknown

_1087210045.unknown

_1087204861.unknown

_1087204384.unknown

_1087203310.unknown

_1087203426.unknown

_1087198011.unknown

_1032523337.doc

U2

U1

SAD

b2

b3

PC

b1

TS

C

Fig 7.1 Schema utilizat pentru determinarea caracteristicilor externe ale

transformatorului de sudare

TC1

F

I2

I1

N

TC2

RV

_1087196934.unknown

_1087197105.unknown

_1087196052.unknown

_1024486514.unknown

_1027763838.unknown

_1032523203.unknown

_1024486682.unknown

_1024486735.unknown

_1024486579.unknown

_1024486016.unknown

_1024486483.unknown

_1024485350.unknown