Transformador de soldadura: Principio, Requisito y Tipos

Después de leer este artículo, aprenderá acerca de: 1. Principios de funcionamiento de un transformador de soldadura 2. Requisitos de un transformador de soldadura 3. Tipos.

Principios de funcionamiento de un transformador de soldadura:

En un arco de soldadura de corriente alterna, la corriente permanece casi sinusoidal mientras la tensión se distorsiona, como se muestra en la figura 4.9.

Teniendo en cuenta estos transitorios, el punto M indica el voltaje requerido para golpear un arco. La cal durante la cual el voltaje aumenta de cero al voltaje suficiente para el reencendido de .arc se denomina TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE ARCO. En el transitorio de voltaje del arco se indica con. Si el arco debe ser estable y silencioso, el tiempo Y debe ser lo más corto posible, ya que de lo contrario, durante el intervalo intermedio, el cátodo puede enfriarse demasiado para emitir un número adecuado de electrones e iones a Reavivar y sostener el arco.

Una forma de reducir t 1 es elevar el voltaje de circuito abierto de la fuente de poder de soldadura, como se observa en la figura 4.10. La curva de tensión 2 tiene un valor pico más bajo que la curva de tensión 2. Con la curva 1, la tensión de impacto del arco es E y el tiempo de recuperación del arco es t1. En el caso de la curva 2, con la misma tensión de reencendido E el tiempo de recuperación del arco t 2 es considerablemente más largo que t 1 .

Para mantener un arco de ac sostenido, el circuito de soldadura debe contener una inductancia * que produciría una diferencia de fase, entre el voltaje y los transitorios de corriente, del orden de 0-35 a 0-45.

Cuando se suelda con corrientes bajas, el cátodo pierde más calor que cuando se suelda con corrientes altas. Por lo tanto, en el primer caso, el tiempo de recuperación del arco debe ser lo más corto posible. Por ejemplo, con una corriente de 160 a 250 amperios, un arco se inicia fácilmente cuando el transformador tiene un voltaje de circuito abierto de 55 a 60 voltios, mientras que con corrientes pequeñas, por ejemplo, de 60 a 70 amperios, el voltaje sin carga del transformador debe ser de 70 a 80 voltios.

Sin embargo, un aumento en el voltaje de circuito abierto puede poner en peligro la seguridad de la soldadora y perjudicar el factor de potencia (es decir, voltaje de arco / voltaje de circuito abierto) del transformador de soldadura. Por lo tanto, es imperativo mantener el voltaje del circuito abierto lo más bajo posible dentro de las restricciones aplicadas.

Requisitos de un transformador de soldadura:

Un transformador de soldadura debe satisfacer los siguientes requisitos:

1. Debe tener una característica estática de voltios-amperios.

2. Para evitar salpicaduras, la sobrecarga de la corriente de soldadura durante un cortocircuito debe limitarse al mínimo posible por encima de la corriente de arco normal.

3. La tensión del circuito abierto normalmente no debe exceder los 80 voltios y en ningún caso 100 voltios.

4. La corriente de salida debe ser controlable continuamente en todo el rango disponible.

5. El voltaje del circuito abierto debe ser lo suficientemente alto para el inicio rápido de un arco y no demasiado alto para afectar la economía de la soldadura.

Tipos básicos de transformadores de soldadura:

Los cuatro tipos básicos de transformadores de soldadura son:

1. El tipo de alta reactancia,

2. El tipo de reactor externo,

3. El tipo de reactor integral, y

4. El tipo de reactor saturable.

1. El transformador de soldadura tipo alta reactividad:

Cuando un transformador suministra corriente, se producen flujos magnéticos alrededor de sus devanados.

Las líneas del flujo magnético resultante,, atraviesan el circuito magnético y cortan los devanados primario (I) y secundario (II) como se muestra en la Fig. 4.11. Sin embargo, no todas las líneas de flujo magnético lo hacen. Algunas de las líneas de flujo magnético debido a la corriente primaria no cortan los giros secundarios y viceversa, ya que ambas tienen sus trayectorias en el aire.

En el diagrama, estos flujos parciales se han marcado como ɸ L1 y ɸ L2 . En otras palabras, son responsables de la reactancia * de las bobinas y las caídas de voltaje reactivo respectivas a través de ellas. A medida que aumenta la corriente, también aumentan los flujos de fuga y también lo hace la fem de autoinducción. Esta es la razón por la cual un aumento en la corriente primaria o secundaria resulta en un aumento en la caída de voltaje reactivo a través de los respectivos devanados.

Para que un transformador de soldadura tenga una característica de caída fuerte de voltios-amperios, tanto los devanados primarios como los secundarios deben tener una alta reactancia, es decir, deben tener flujos de fuga considerables. Esta condición se satisface al colocar los devanados primarios y secundarios en extremidades separadas o en la misma extremidad pero separadas una cierta distancia, por ejemplo, la distancia 'b' en la figura anterior.

El control de la corriente en los transformadores de soldadura de alta reactancia puede verse afectado por tres métodos. Uno de ellos involucra una bobina primaria móvil como se muestra en la Fig. 4.12. A medida que varía la separación entre los devanados, también lo hace la reactancia y, por lo tanto, la corriente de soldadura de salida.

El segundo método se basa en el uso de devanados roscados en el lado primario o secundario, y la variación de la relación de transformación se puede hacer introduciendo o sacando del circuito el número requerido de vueltas, como se muestra en la Fig.4.13.

El tercer método utiliza shunt magnético móvil. La posición de la derivación colocada en las trayectorias de los flujos de fuga, como se muestra en la fig. 4.14, controla la corriente de soldadura de salida a través del control de reactancia.

2. Transformador de soldadura tipo reactor externo:

Este tipo de transformador de soldadura consiste en una reactancia normal, monofásica, transformador reductor y un reactor o estrangulador separado.

La reactancia inductiva y las resistencias de los devanados en un transformador de soldadura de este tipo son bajas, por lo que su voltaje secundario varía un poco con la corriente de soldadura. La característica requerida de caída o voltaje negativo en amperios está garantizada por el reactor ubicado en el secundario del circuito de soldadura. El reactor consiste en un núcleo de acero y un devanado enrollado con un cable diseñado para transportar la corriente máxima permitida.

Si la tensión secundaria del transformador de soldadura es V 2, la tensión del arco es V arc y la caída reactiva cum reactiva total a través del reactor es V 2, entonces las tres cantidades se pueden mostrar esquemáticamente como en la Fig. 4.15 y se relacionan matemáticamente de la siguiente manera .

Por lo tanto, la tensión del arco disminuye al aumentar la corriente o al aumentar la caída de tensión en el reactor. Esto le da una característica negativa o caída volt-amperio.

El control de la corriente de soldadura se puede lograr mediante dos métodos, a saber, variando la reluctancia del reactor (el reactor de núcleo móvil) o variando el número de vueltas del devanado traído en circuito (el reactor con derivación).

El núcleo del reactor de núcleo móvil, como se muestra en la Fig. 4.16, consiste en una porción fija que lleva el devanado y una extremidad móvil, que se puede desplazar hacia o desde el núcleo fijo mediante una disposición adecuada, variando así el espacio de aire entre ellos. Un aumento en el espacio de aire aumenta la resistencia del circuito magnético del reactor, mientras que su autoinducción y reactancia inductiva disminuyen, de modo que la corriente de soldadura aumenta.

Cuando se reduce el espacio de aire, también se reduce la reluctancia del circuito magnético, aumenta el flujo magnético, al igual que la reactancia inductiva de la bobina, y la corriente de soldadura cae. De esta manera, la corriente de soldadura se puede ajustar de forma muy precisa y continua.

En el reactor con derivación, el núcleo se vuelve sólido, pero la bobina se divide en varias secciones, cada sección tiene una derivación que se lleva al punto del regulador, como se muestra en la Fig. 4.17. Mover un brazo de contacto a través de los grifos variará la cantidad de vueltas que se traigan al circuito, y con eso la magnitud de la corriente de soldadura. Así se controla la corriente en pasos.

3. Transformador de soldadura de tipo de reactor integral:

El transformador de soldadura del tipo de reactor integral, que se muestra en la figura 4.18 tiene un devanado primario I, un devanado secundario II y un devanado del reactor III. Aparte de las extremidades principales, el núcleo tiene extremidades adicionales que llevan el bobinado del reactor. La corriente se ajusta mediante el movimiento del núcleo C colocado entre las extremidades adicionales.

La parte que transporta el devanado I y II es, por lo tanto, el transformador propiamente dicho y la parte que transporta el devanado III es el reactor.

El reactor se puede conectar con el secundario ya sea en ayuda de serie o en oposición de serie.

Cuando el reactor está conectado en serie, como se muestra en la figura 4.18 (a), la tensión del circuito abierto del transformador será

E t + E 2 + E r

donde E 2 es la tensión secundaria del transformador y E r es la tensión del reactor.

La conexión de ayuda en serie produce un arco estable a bajas corrientes y se emplea para soldar placas delgadas.

Cuando el reactor está conectado en oposición en serie, como se muestra en la figura 4.18 (b), su voltaje se resta del voltaje de circuito abierto del transformador, es decir,

E t + E 2 - E r

La conexión de oposición en serie se utiliza para soldar placas gruesas con corrientes pesadas.

4. Transformador de soldadura de tipo de reactor saturable:

En este transformador de soldadura se emplea un circuito de CC aislado de baja tensión y bajo amperaje para cambiar las características magnéticas efectivas del núcleo magnético. Por lo tanto, una gran cantidad de CA se controla mediante el uso de una cantidad relativamente pequeña de CC, lo que hace posible ajustar la curva característica de voltios-amperios de salida de mínimo a máximo. Por ejemplo, cuando no hay flujo de CC en la bobina del reactor, tiene su impedancia mínima y, por lo tanto, la salida máxima del transformador de soldadura.

A medida que aumenta la magnitud de la corriente continua con la ayuda del reóstato en el circuito de corriente continua, hay más líneas magnéticas continuas de fuerza, por lo que la impedancia del reactor aumenta y la corriente de salida del transformador de soldadura disminuye. Este método tiene la ventaja de eliminar piezas móviles y conductores de flexión y se utiliza a menudo para las fuentes de alimentación de soldadura de arco de tungsteno con gas.

La figura 4.19 muestra los conceptos básicos del circuito para una fuente de energía de reactor saturable simple. Para lograr el objetivo deseado de baja tensión y alta corriente, las bobinas del reactor están conectadas en oposición a la bobina de control de CC.

Con CA, la forma de onda para la soldadura con arco de tungsteno con gas es bastante importante. El reactor saturable tiende a causar una distorsión severa de la onda sinusoidal suministrada por el transformador. La colocación de un espacio de aire, como se muestra en la Fig. 4.19, en el núcleo del reactor es un método para reducir esta distorsión. Alternativamente, se puede insertar una gran reactancia en el circuito de control de CC. Cualquiera de los métodos, o una combinación de ambos, producirá el resultado deseado.

Operación paralela de transformadores de soldadura:

En la operación de soldadura, a veces es necesario que la corriente exceda la corriente de soldadura máxima que se puede obtener de un transformador. En tal caso, la corriente de soldadura deseada se puede obtener mediante el funcionamiento paralelo de dos o más transformadores de soldadura.

La precaución necesaria para tal operación paralela es que los voltajes sin carga o de circuito abierto de los transformadores deben ser los mismos. Esto es particularmente esencial en el caso de transformadores de soldadura de alta reactancia en los que el voltaje de circuito abierto y la relación de transformación varían en cierta medida según las condiciones de ajuste y la etapa de control.

Cuando se conectan dos transformadores para funcionamiento en paralelo, como se muestra en la Fig. 4.20, los terminales similares de los devanados primarios deben conectarse a los cables de línea idénticos A, B, C de la red de suministro, asegurando así la coincidencia de las fases de emf en el devanados secundarios. Luego, los terminales similares de los secundarios deben conectarse en pares como se muestra. Estos transformadores trifásicos de doble operador se comercializan en India por M / s ES AB India Limited.

Transformadores de soldadura multoperador:

Un sistema de transformador de soldadura multi-arco o multi-operador utiliza una fuente de energía de voltaje constante de alta corriente para proporcionar varios circuitos de soldadura al mismo tiempo. Este tipo de sistema se usa cuando hay una gran concentración de puntos de soldadura en un área de operación relativamente pequeña, por ejemplo, en la construcción de barcos, sitios de construcción para centrales eléctricas, refinerías y plantas químicas.

Un transformador de soldadura multioperador con una característica plana de voltios-amperios puede ser monofásico o trifásico. Una desventaja de un transformador de soldadura de múltiples operadores monofásico es que pone una carga desequilibrada en la red de alimentación trifásica. Si un transformador de soldadura multioperador debe tener un voltaje que no varíe con la carga (la variación máxima no debe exceder el 5%), debe tener una fuga magnética baja, es decir, una reactancia inductiva baja.

El número de arcos o circuitos de soldadura que se pueden conectar a un transformador de soldadura se puede encontrar por la relación,

n = I t / I a .K

dónde,

n = número de arcos o circuitos de soldadura,

I t = corriente nominal de salida del transformador de soldadura,

I a = corriente de arco promedio en cada circuito de soldadura,

K = factor de diversidad.

El factor de diversidad K tiene en cuenta el hecho de que todas las soldadoras que funcionan con una misma fuente de energía no funcionan simultáneamente. El factor de diversidad está relacionado con el ciclo de trabajo promedio y las leyes de probabilidad, pero se reduce a medida que aumenta el número de soldadores que operan desde el mismo transformador. Por lo general, se supone que K está entre 0 ∙ 6 y 0 ∙ 8.

Cada estación de soldadura está conectada a través de un estrangulador variable separado (regulador de corriente), que proporciona una curva característica de voltios-amperios estático de caída abrupta para cada circuito de soldadura. Los circuitos de soldadura están conectados en paralelo, porque con esta disposición la fuente se utiliza mejor cuando se suelda con corrientes bajas, del orden de 70 a 100 amperios.

Nota:

Cabe señalar que los transformadores de soldadura tienen un factor de potencia bastante bajo debido al hecho de que incorporan bobinas que tienen una alta reactancia inductiva. Los transformadores de soldadura, por lo tanto, no deben tener potencias de potencia superiores a las necesarias para el desempeño del trabajo asignado. Tampoco se deben ejecutar sin carga durante mucho tiempo.