Исследовательская работа на тему: сварочные трансформаторы и выпрямители, причины неисправностей и способы их устранения.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
«САРСТОВСКИЙ ТЕХНИКУМ ОТРАСЛЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Исследовательская работа  на тему: сварочные трансформаторы и выпрямители, причины неисправностей и способы их устранения.

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ

 ГРУППЫ 23 ПО ПРОФЕССИИ

 «СВАРЩИК»

МОРОЗОВ РОМАН

ПРОВЕРИЛ МАСТЕР П/О

ПЕТРОЦЮК Е.В.

2017 год                                                 

Содержание.

1. Сварочный трансформатор.

1.1. Назначение сварочного трансформатора.

1.2. Устройство сварочного трансформатора.

1.3. Принцип действия сварочного трансформатора.

1.4. Регулирование сварочного тока.

1.5. Характерные неисправности их причины и методы устранения.

1.6. Меры безопасности при подготовке к работе со сварочным трансформатором.

2. Сварочные выпрямители.

2.1. Назначение сварочного выпрямителя.

2.2. Устройство и принцип работы сварочного выпрямителя.

2.3. Характерные неисправности сварочных выпрямителей и методы их устранения.

2.4. Меры безопасности при подготовке к работе со сварочным выпрямителем.

3.Список источников информации.

1. Назначение сварочного трансформатора.

Поджигание и горение сварочной дуги для выполнения сварочных швов возможно как при помощи постоянного, так и при помощи переменного тока. Из электросети на сварочный аппарат поступает переменный ток с напряжением 220 Вольт (для однофазной сети) и 380 Вольт (для трехфазной сети). Если сварка будет осуществляться постоянным током, то для его преобразования из переменного служат инверторные сварочные аппараты и сварочные выпрямители. А вот предназначение сварочных трансформаторов состоит в том, чтобы адаптировать напряжение переменного тока до рабочего и безопасного для человека уровня.

Сварочный трансформатор позволяет выполнять сварочные швы с помощью электрической дуги, горящей от переменного тока. Чтобы получить номинальное рабочее напряжение и необходимую для сварки конкретной толщины металла силу тока, и используется понижающий трансформаторный узел, который является основой сварочного трансформатора. Регулировку значения силы сварочного тока осуществляет регуляторный узел, в качестве которого часто выступает дроссель.

В зависимости от диапазона выдаваемого тока, по назначению сварочные трансформаторы делятся на:
•    Бытовые – для сварки металла до 6 миллиметров толщиной, способные выдавать до двухсот Ампер тока. Обычно эти аппараты широко применяются дома, на дачах, приусадебных участках и в гараже для сварки тонкого кузовного металла;
•    Профессиональные – могут варить металл практически любой толщины и выдают свыше трехсот Ампер тока. Обычно такие аппараты применяются в промышленности и на производстве. Их назначение – беспрерывное выполнение сварочных операций, обеспечение рабочими местами одновременно нескольких сварщиков;
•    Полупрофессиональные – уровень этих аппаратов несколько выше, чем у бытовых, они могут варить металл до восьми миллиметров толщиной и выдают до трехсот Ампер тока. За счет этого их вполне достаточно для строительных операций. Часто такие аппараты приобретают специалисты, которые предоставляют услуги сварки на коммерческой основе.

2. Устройство сварочного трансформатора.

В целом схема сварочного трансформатора подразумевает наличие следующих элементов:

Центральная часть конструкции –  магнитопровод  (сердечник), изготавливаемый обыкновенно из нескольких стальных пластин, гальванически разъединенных друг с другом. Самодельные сердечники для сварки изготавливаются из электротехнической стали, берущейся из «донорской» техники.

На сердечнике размещены обмотки из изолированного провода соответствующей длины и сечения, число витков напрямую влияет на характеристики устройства. Первичная обмотка в такой конструкции всегда одна.

Для регулировки тока используются различные решения – подвижные обмотки и т.д.

Для защиты агрегата от повреждений он помещается в корпус;

Дополнительные элементы, такие, как вентиляция, колеса и ручки для удобной транспортировки тяжелых агрегатов.

1.3. Принцип действия сварочного трансформатора.

В основе работы сварочной аппаратуры данного типа лежит максимальная отдача мощности. Вся конструкция рассчитана на высокое значение напряжения при бытовой или промышленной сварке. Тем не менее, все трансформаторы отличаются между собой, как по внешним параметрам, так и по способу регулировки сварочных режимов.
При этом, должно обеспечиваться стабильное сварочное напряжение с необходимым значением. Ровное и постоянное горение дуги обеспечивается путем изменения напряжения. Одним из принципов работы аппаратуры является уменьшение стандартного напряжения электрической сети до режима холостого хода, при котором трансформатор поддерживает рабочее напряжение дуги. Как правило, это значение составляет от 60 до 80 вольт. Именно дуга позволяет уменьшить напряжение до определенного значения, позволяющего выполнять сварочные работы.
Постоянство напряжения напрямую влияет на качество дуги. Если на входе в трансформатор образуются скачки напряжения, сварочная дуга может прерваться. Для сглаживания таких скачков используются специальные регуляторы или конденсаторы с большой емкостью, играющие роль фильтров.

3. Регулирование сварочного тока.

Сила тока в сварочных трансформаторах может регулироваться изменением индуктивного сопротивления цепи (амплитудное регулирование с нормальным или увеличенным магнитным рассеянием) или с помощью тиристоров (фазное регулирование). В трансформаторах амплитудного регулирования, необходимые параметры сварочного тока обеспечиваются перемещением подвижных катушек, магнитных шунтов или с помощью отдельной реактивной катушки как на рисунке выше. При этом синусоидальная форма переменного тока не изменяется.

 Разновидности трансформаторов с подвижным магнитным шунтом

Может быть простое переключение количества используемых витков обмотки трансформатора, для уменьшения напряжения холостого хода и следовательно тока сварки.

Трансформаторы с тиристорным (фазовым) регулированием состоят из силового трансформатора и тиристорного фазорегулятора с двумя встречно-параллельными тиристорами и системой управления. Принцип фазового регулирования состоит в преобразовании синусоидальной формы тока в знакопеременные импульсы, амплитуда и длительность которых определяются углом (фазой) включения тиристоров.  Применение тиристорного фазорегулятора позволяет получить сварочный аппарат, характеристики которого выгодно отличаются от характеристик трансформатора с амплитудным регулированием. В более сложных схемах управления, формируется переменный ток прямоугольной формы. А при этом, например, достигается повышенная скорость перехода импульса через нулевое значение, вследствие чего уменьшается время безтоковых пауз и повышается устойчивость горения дуги и качество сварного шва.

4. Характерные неисправности трансформаторов их причины и методы их устранения

Аварии, связанные с пожаром трансформаторов. При грозовом разряде и перекрытии ввода трансформатора может возникнуть пожар трансформатора. Масло, вытекающее под давлением, загорается.
При возникновении пожара трансформатора необходимо снять с него напряжение (если он не отключился от действия защиты), вызвать пожарную команду, известить руководство предприятия и приступить к тушению пожара. При тушении пожара следует принять меры для предотвращения распространения огня, исходя из создавшихся условий. При фонтанировании масла из вводов и поврежденных уплотнений необходимо для уменьшения давления масла спустить часть масла в дренажные устройства. При невозможности ликвидировать пожар основное внимание должно уделяться защите от огня расположенных рядом трансформаторов и другого неповрежденного оборудования.
Если признаков повреждения (потрескивания, щелчки внутри бака, выброс масла) не выявлено, а сигнал газовой защиты появился, то отбирать пробы газа на анализ можно без отключения трансформатора. При обнаружении горючего газа или газа, содержащего продукты разложения, трансформатор должен быть немедленно отключен, после чего на нем должны быть проведены измерения и испытания.
Если проверкой установлено, что выделяется негорючий газ и в нем отсутствуют продукты разложения, то устанавливают наблюдение за работой трансформатора и последующим выделением газа. При учащении появления газа в реле и работы защиты на сигнал трансформатор следует отключить.
Совместное срабатывание газовой и дифференциальной защит трансформатора говорит о серьезных повреждениях внутри трансформатора.
Газовая защита. В случаях ложного срабатывания газовой защиты допускается одно повторение включения трансформатора при отсутствии видимых внешних признаков его повреждения. Если отключение трансформатора произошло в результате действия защит, которые не связаны с его повреждением, можно включать трансформатор в сеть без его проверки.

Характерные повреждения силовых трансформаторов.        

Газовая защита может срабатывать ложно по следующим причинам:

1. сотрясения трансформатора в результате воздействия больших токов перегрузки, проходящих по его обмоткам, а также сквозных токов короткого замыкания за трансформатором;
2. ненормальная вибрация при пуске и остановке вентиляторов и циркуляционных насосов у трансформаторов с принудительными системами охлаждения от возникающих перетоков и толчков масла в трубопроводах;
3. в результате несвоевременной доливки масла и снижения его уровня;
4. неправильная установка трансформатора, при которой возможен значительный выброс воздуха через газовое реле, то же может быть и при доливке масла в трансформатор.

5. Меры безопасности при подготовке к работе со сварочным трансформатором.

Нарушение техники безопасности при проведении сварочных работ часто приводит к самым печальным последствиям – пожарам, взрывам и как следствие травмам и гибели людей.

Так же при сварке возможны следующие травмы – поражение электрическим током,  ожоги от шлака и капель металла, травмы механического характера.

Для предотвращения всех этих положений важно неукоснительно соблюдать меры предосторожности.

1. Надежная изоляция всех, проводов, связанных с питанием источника тока и сварочной дуги, устройство геометрически закрытых включающих устройств, заземление корпусов сварочных аппаратов. Заземлению подлежат: корпуса источников питания, аппаратного ящика, вспомогательное электрическое оборудование. Сечение заземляющих проводов должно быть не менее 25 мм2. Подключением, отключением и ремонтом сварочного оборудования занимается только дежурный электромонтер. Сварщикам запрещается производить эти работы.

2. Применение в источниках питания автоматических выключателей высокого напряжения, которые в момент холостого хода разрывают сварочную цепь и подают на держатель напряжение 12 В.

3. Надежное устройство электрододержателя с хорошей изоляцией, которая гарантирует, что не будет случайного контакта токоведущих частей электрододержателя со свариваемым изделием или руками сварщика (ГОСТ 14651-69). Электрододержатель должен иметь высокую механическую прочность и выдерживать не менее 8000 зажимов электродов.

4.Работа в исправной сухой спецодежде и рукавицах. При работе в тесных отсеках и замкнутых пространствах обязательно использование резиновых галош и ковриков, источников освещения с напряжением не свыше 6-12 В.

5. При работе на электронно-лучевых установках предотвращение опасности поражения лучами жесткого рентгеновского (почти полное) поглощение вредных излучении, связанных с горением дуги. Особую опасность в смысле поражения глаз представляет световой луч квантовых генераторов (лазеров) так как даже отраженные лучи лазера могут вызвать тяжелое повреждение глаз и кожи. Поэтому лазеры имеют автоматические устройства, предотвращающие такие поражения, но при условии строгого соблюдения производственной инструкции операторами-сварщиками, работающими на этих установках.

Защитные стекла, вставленные в щитки и маски, снаружи закрывают простым стеклом для предохранения их от брызг расплавленного металла. Щитки изготовляют из изоляционного металла - фибры, фанеры и по форме и размерам они должны полностью защищать лицо и голову сварщика (ГОСТ 1361-69).

Для ослабления резкого контраста между яркостью дуги и малой яркостью темных стен (кабины) последние должны быть окрашены в светлые тона (серый, голубой, желтый) с добавлением в краску окиси цинка с целью уменьшения отражения ультрафиолетовых лучей дуги, падающих на стены.

При работе вне кабины для защиты зрения окружающих, работающих сварщиков и вспомогательных рабочих должны применяться переносные щиты и ширмы.

Предотвращение опасности поражения брызгами расплавленного металла и шлака. Образующиеся при дуговой сварке брызги расплавленного металла имеют температуру до 1800 град. С. при которой одежда из любой ткани разрушается. Для защиты от таких брызг обычно используют спецодежду (брюки, куртку и рукавицы) из брезентовой или специальной ткани. Куртки при работе не следует вправлять в брюки, а обувь должна иметь гладкий верх, чтобы брызги расплавленного металла не попадали внутрь одежды, так как в этом случае возможны тяжелые ожоги.

Для защиты от соприкосновения с влажной, холодной землей и снегом, а также с холодным металлом при наружных работах и в помещении сварщики должны обеспечиваться теплыми подстилками, матами, подколенниками и подлокотниками из огнестойких материалов с эластичной прослойкой.

Предотвращение отравления вредными газами и аэрозолями, выделяющимися при сварке. Высокая температура дуги (6000- 8000° С) неизбежно приводит к тому, что часть сварочной проволоки, покрытий, флюсов переходит в парообразное состояние. Эти пары, попадая в атмосферу цеха, конденсируются и превращаются в аэрозоль конденсации, частицы которой по дисперсности приближаются к дымам и легко попадают в дыхательную систему сварщиков. Эти аэрозоли представляют главную профессиональную опасность труда сварщиков. Количество пыли в зоне дыхания сварщика зависит главным образом от способа сварки и свариваемых материалов, но в известной степени определяется и типом конструкций. Химический состав электросварочной пыли зависит от способов сварки и видов основных и сварочных материалов.

Существуют строгие требования в области вентиляции при сварочных работах. Для улавливания сварочного аэрозоля на стационарных постах, а где это возможно, и на нестационарных нужно устанавливать местные отсосы в виде вытяжного шкафа вертикальной или наклонной панели равномерного всасывания стола с подрешеточным отсосом и др. При сварке крупногабаритных серийных конструкций на кондукторах, манипуляторах и т. п. местные отсосы необходимо встраивать непосредственно в эти приспособления. При автоматической сварке под флюсом, в защитных газах, электрошлаковой сварке применяют устройства с местным отсосом газов.

При использовании баллонов со сжатыми газами необходимо соблюдать установленные меры безопасности: не бросать баллоны, не устанавливать их вблизи нагревательных приборов, не хранить вместе баллоны с кислородом и горючими газами, баллоны хранить в вертикальном положении. При замерзании влаги в редукторе баллона с СО2 отогревать его только через специальный электроподогреватель или обкладывая тряпками, намоченными в горячей воде. Категорически запрещается отогревать любые баллоны со сжатыми газами открытым пламенем, так как это почти неизбежно приводит к взрыву баллона.

При производстве сварочных работ на емкостях, ранее использованных, требуется выяснение типа хранившегося продукта и наличие его остатков. Обязательна тщательная очистка сосуда от остатков продуктов и 2-3-кратная промывка 10%-ным раствором щелочей, необходима также последующая продувка сжатым воздухом для удаления запаха, который может вредно действовать на сварщика.

Категорически запрещается продувать емкости кислородом, что иногда пытаются делать, так как в этом случае попадание кислорода на одежду и кожу сварщика при любом открытом источнике огня вызывает интенсивное возгорание одежды и приводит к ожогам со смертельным исходом.

Взрывоопасность существует и при выполнении работ в помещениях, имеющих большое количество пылевидных органических веществ (пищевой муки, торфа, каменного угля). Эта пыль при определенной концентрации может давать взрывы большой силы. Помимо тщательной вентиляции для производства сварочных работ в таких помещениях требуется специальное разрешение пожарной охраны.

Предотвращение пожаров от расплавленного металла и шлака. Опасность возникновения пожаров по этой причине существует в тех случаях, когда сварку выполняют по металлу, закрывающему дерево либо горючие изолировочные материалы, на деревянных лесах, вблизи легко воспламеняющихся материалов и т. п. Все указанные варианты сварки не должны допускаться.

Предотвращение травм, связанных со сборочными и транспортными операциями (травмы механического характера). Важное значение имеет внедрение комплексной механизации и автоматизации, что значительно уменьшает опасность травм такого рода.

Основные причины травматизма при сборке и сварке: отсутствие транспортных средств для транспортировки тяжелых деталей и изделий; неисправность транспортных средств; неисправность такелажных приспособлений; неисправный инструмент: кувалды, молотки, гаечные ключи, зубила и т. п., отсутствие защитных очков при очистке швов от шлака; отсутствие спецодежды и других защитных средств.

Меры безопасности в этом случае: все указанные средства и инструменты следует периодически проверять; такелажные работы должны производить лица, прошедшие специальный инструктаж; от рабочих необходимо требовать соблюдения всех правил по технике безопасности, включая работу в спецодежде, рукавицах; использование средств индивидуальной вентиляции (где это необходимо) и т. д. Важное значение имеет внедрение комплексной механизации и автоматизации, что значительно уменьшает опасность травм такого рода.

Чтобы было удобно работать  сварщикам нужно соблюдать следующие рекомендации

1. Сборку и сварку крупногабаритных секций следует выполнять на специализированных местах, постелях, стендах, при этом должны быть обеспечены достаточные проходы с каждой стороны конструкции.

2. При сварке объемных секций на высоте необходимо устраивать леса с расположением сварочного оборудования вне рабочего места сварщика.

3. Все оборудование, которое при неисправном состоянии может оказаться под напряжением, должно иметь индивидуальное заземление с выводом к общему защитному заземлению.

4. Все сварочные установки должны находиться под наблюдением наладчика-монтера. Исправлять дефекты электросварочного оборудования имеет право только монтер-наладчик.

5. При сварке крупногабаритных изделий следует применять защитные щиты-ширмы, ограждающие место сварки со стороны общих проходов.

2.1. Назначение сварочного выпрямителя.

Основное назначение сварочного выпрямителя состоит в обеспечении сварочного процесса сварки постоянным током. Второе название устройств для постоянного

тока, применяемое в технике, является сварочный преобразователь. И выпрямитель, и преобразователь преобразуют переменный ток сети в постоянный. Устройства, совершающие двойное преобразование тока называют инверторами. На выходе инвертора получается постоянный ток со сварочными параметрами и характеристиками. Принцип работы инвертора заключается в преобразовании частоты. Работа с током высокой частоты позволяет значительно снизить габариты и вес агрегата, поскольку взамен силового понижающего трансформатора в схеме используется малогабаритный импульсный высокочастотный трансформатор.

Назначение сварочного выпрямителя универсально. Они используются при всех видах сварки, как ручной дуговой, так и полуавтоматической в защитных газах (аргон, углекислый газ, гелий и смеси), и в автоматической сварке под слоем флюса. В связи с наличием двух полюсов, различают два процесса сварки: прямая полярность и обратная полярность. Температура горения дуги у этих процессов различается, что позволяет производить дополнительную настройку сварки. В сложных и ответственных технологиях сварки конструкций обязательно указывается полярность процесса для получения высшего качества сварного соединения. В случае сварки неответственных узлов полярность сварки не имеет существенного значения. Изменение полярности не влияет на процесс зажигания дуги.

Сварочные выпрямители можно разделить условно по назначению на бытовые и промышленные установки. К бытовым устройствам можно отнести выпрямители и инверторы небольшой мощности. Эти устройства имеют малый период непрерывного времени сварки. В промышленных масштабах сварочные выпрямители малой мощности не используются, поскольку имеют низкую производительность за счет пауз для охлаждения аппарата. Но они прекрасно себя зарекомендовали в малом бизнесе для выполнения установочных работ. Особую популярность приобрели сварочные выпрямители инверторного типа. Малый вес максимально способствует удобству транспортировки и перемещения к объекту сварочных работ.

Сварочные выпрямители используются во всех случаях, когда требуется повышенное внимание к качеству наплавляемого металла и плотности сварного шва. Устройства с переменным током сварки не способны обеспечить соответствующие показатели.

2.2. Устройство и принцип работы сварочного выпрямителя.

Устройство сварочного выпрямителя включает в себя несколько блоков, обеспечивающих выполнение рабочего процесса. Основные элементы агрегата следующие:

• понижающий трансформатор;
• диоды;
• охлаждающий модуль;
• измерительные приборы;
• регуляторы тока.

Принцип работы выпрямителя заключается в подаче перемененного тока на первичную обмотку понижающего трансформатора. За счет электромагнитной индукции на вторичной обмотке создается поток напряжения с уменьшенным значением V, и возросшей силой тока А. Холостой ход работы аппарата не должен превышать 48V. Это напряжение поступает на диоды. В качестве последних используются кремниевые элементы. Диод является полупроводником, обеспечивающим прохождение тока только в одну сторону. Это устраняет колебание его частоты и в зону сварки подается уже постоянное напряжение.

Поскольку диоды при этом нагреваются, то рядом с ними располагаются радиаторы и вентилятор. Постоянный обдув холодным воздухом позволяет увеличить продолжительность активной работы устройства, без перерыва на охлаждение. Для контроля характеристик тока в систему устанавливаются амперметр и вольтметр. Многие модели снабжаются датчиком перегрева. При превышении показателей V срабатывает блок защиты, отключающий возможность сварки. Чтобы настраивать силу тока в соответствии с толщиной свариваемого соединения используется несколько видов регулировки.

2.3. Характерные неисправности сварочных выпрямителей и способы их устранения.

1.Ослабли контакты крепления диодов.

Исправление: подтянуть контакты.

2.Не работает сварочный выпрямитель. Ток сварки к выпрямителю подходит, а на выходе его нет. Причина неисправный диод(ы).

Исправление: прозвонить диоды и выполнить действия в зависимости от результатов прозвона.

Варианты результатов прозвона:

1)Диод прозванивается только в одну сторону-диод исправен.

2)Диод не звонится ни в одну, ни в другую сторону-диод сгорел, требует замены.

3)Диод звонит в обеих направлениях-диод пробит, требует замены.

2.4. Меры безопасности при работе со сварочным выпрямителем.

ТБ при обслуживании сварочных выпрямителей

 Перед подачей питания сварочный выпрямитель должен быть заземлен для этого сварочный выпрямитель оборудован болтом заземления

Запрещается:

1)Работа выпрямителя без кожухов со снятый крышкой и стенками

2)Пользоваться заземлением одного выпрямители для заземления другого

3)Перемещать выпрямитель не отключив его от сети

4)Эксплуатация выпрямителя внутри металлических ёмкости колодцах туннелях

Электробезопасность при обслуживании сварочных выпрямителей

• Выпрямитель разрешается подключать только к правильно заземленной электрической сети через автоматический выключатель;

• Пользуйтесь исправным сетевым кабелем с защитным проводом заземления сечением не менее 4 мм2 для подключения к сети; Работа без заземления опасна для жизни!

• Перед обслуживанием выпрямитель необходимо отключать от сети. Отключение только с помощью выключателя не является безопасным;

• При проведении сварки следует правильно обращаться с зажимом кабеля для соединения с корпусом, держателем электродов, горелкой и изделием и не использовать их не по назначению. Не следует касаться токоведущих деталей незащищенными участками тела;

• Не пользуйтесь поврежденным сварочным кабелем.

Производите очистку рабочего пространства от газа и дыма, выделяющихся в процессе сварки, особенно если сварочные работы ведутся в закрытом помещении;

• Помещайте сварочную систему в хорошо проветриваемых помещениях;

• Удалите все следы покрытия со свариваемых деталей, чтобы избежать токсичных выделений;

• Изделие, а также разлетающиеся искры и капли металла имеют высокую температуру;

• Удалите из рабочей зоны резервуары с горючими или взрывоопасными жидкостями, поскольку они создают опасность пожара и взрыва;

• Не допускайте проведения сварки сосудов, находящихся под давлением и использовавшихся для хранения взрывоопасных материалов.

3. Список источников информации.

1.Сайт с наглядными видео материалами .

http://generatorexperts.ru/elektrogeneratory/ustrojstvo-svarochnogo-transformatora.html 

2. Сайт Студ- информ  имеющий наиболее подходящую информацию для создания подобных работ.

http://studopedia.ru/17_34238_svarochnie-vipryamiteli.html 

3.Сайт с наиболее детальной информацией по различным темам.

http://lektsii.org/15-75689.html