Сварочный трансформатор постоянного тока

Сварочный трансформатор постоянного тока

Cтраница 1 из 2

Это основная деталь любого сварочного аппарата, преобразующая напряжение сети в постоянный или переменный ток с заданными параметрами.

Сварочные трансформаторы постоянного и переменного тока

Традиционный и в то же время конструктивно самый простой источник сварочного тока. Основным его узлом является собственно трансформатор, понижающий сетевое напряжение до сварочного. Регулируют силу тока различными методами, самый распространенный из которых — изменение расстояния между первичной и вторичной обмотками. Все трансформаторы имеют одну общую особенность — выдают на выходе переменный ток. Чтобы варить с помощью «транса» цветные металлы или улучшить стабильность горения дуги, необходимо вводить в конструкцию дополнительные тяжелые и громоздкие элементы, да и сам трансформатор весит прилично. При этом для выполнения ответственных работ требуются специальные электроды для переменного тока. КПД трансформатора довольно высок (до 90 %), но часть энергии уходит на нагрев. Для охлаждения в современных моделях применяют вентиляторы также значительной мощности: ведь охладить надо устройство в несколько десятков, а то и сотен килограммов весом. В настоящее время этот вид источников сварочного тока применяется нечасто, но у трансформаторов, помимо КПД, есть еще два важных достоинства: невысокая цена и «неубиваемость», из-за которых они до сих пор пользуются спросом.

Сварочные выпрямители

Выпрямителями называют аппараты, преобразующие переменный ток в постоянный. Они состоят из понижающего трансформатора, выпрямительного (диодного) блока, а также устройств регулировки, пуска и защиты. Такая конструкция, хотя и сложнее трансформатора, но обеспечивает гораздо более стабильные выходные характеристики сварочного тока и электрической дуги. Качество шва в конечном счете тоже гораздо выше. Цена выпрямителей не сильно отличается от цены трансформаторов, надежность также на высоте: ломаться в них практически нечему. Основные недостатки такие же, как у трансформатора — высокий вес, сложность работы, сильная «просадка» напряжения в сети в процессе сварки.

При работе на постоянном токе возможны два варианта подключения электрода и детали. Кстати, провод, подсоединенный к детали, правильнее называть не массовым, а обратным, ведь он может подключаться и к «плюсу» аппарата. При прямой полярности деталь подсоединяется к зажиму «+», а электрод — к зажиму «-», при обратной полярности — наоборот. Электроды выпускаются нескольких видов: для прямой, обратной полярности и универсальные. На положительном полюсе выделяется больше тепла, чем на отрицательном. Исходя из этого обратную полярность при работе с электродами применяют при сварке тонколистового металла, чтобы не прожечь его, и при сварке высоколегированных сталей во избежание их перегрева, а при прямой полярности лучше варить массивные детали.

Сварочные аппараты инверторного типа

Это наиболее современный вид приборов для сварки. В отличие от обычных сварочных аппаратов, у которых силовой трансформатор работает на частоте сетевого напряжения 50 Гц, сварочный инвертор использует ток высокой частоты (несколько десятков килогерц). При этом для передачи необходимой энергии требуется трансформатор гораздо меньших размеров и массы, а сварка проходит при постоянном токе хорошего качества, что сказывается и на качестве шва. Обычный сварочный трансформатор на 160 А весит не менее 18 кг, а силовой трансформатор сварочного инвертора на 160 А весит не более 300 граммов и по размерам сравним с пачкой сигарет, при этом вес всего инвертора, с корпусом и всей электроникой, составляет 3-7 кг. Инвертор состоит из выпрямителя, сетевого фильтра, преобразователя в переменное напряжение высокой частоты, сварочного трансформатора, еще одного выпрямителя и управляющей схемы. Сварочный инвертор имеет значительно более широкий, чем у обычного аппарата, диапазон регулировки сварочного тока, что особенно важно при сварке тонкими электродами. Еще один «плюс» — у инверторов, как правило, эта регулировка гораздо точнее и выходные параметры намного стабильнее, что сильно упрощает подбор оптимального режима работы.

Авто самоделки Самоделки для дачи Рыбаку, охотнику, туристу Стройка, ремонт Самоделки из ненужных вещей Радиолюбителю Коммуникации для дома Самодельная мебель Самодельный свет Домашний мастер Самоделки для бизнеса Самоделки к праздникам Самоделки для женщин Оригами Оригами Модели из бумаги Самоделки для детей Компьютерные самоделки Самоделки для животных Домашний лекарь Еда и рецепты Опыты и эксперименты Полезные советы

Преимущества сварочных аппаратов постоянного тока перед их «переменнотоковыми собратьями» общеизвестны. Это и мягкое зажигание дуги, и возможность соединять тонкостенные детали, и меньшее разбрызгивание металла, и отсутствие непровариваемых участков. Даже надоедливого (и, как выяснилось, вредно действующего на людей) треска нет. А все потому, что отсутствует главная, присущая сварочным аппаратам переменного тока особенность — прерывистое горение дуги при перетекании синусоиды питающего напряжения через ноль

Рис. 1. Графики, поясняющие процесс сварки на переменном (а) и постоянном (б) токе.

Переходя от графиков к реальным конструкциям, нельзя также не отметить: в аппаратах переменного тока для улучшения и облегчения сварки применяют мощные трансформаторы (магнитопровод — из специального электротехнического железа с крутопадающей характеристикой) и заведомо завышенное напряжение во вторичной обмотке, доходящее до 80 В, хотя для поддержки горения дуги и наплавления металла в зоне сварки достаточно 25-36 В. Приходится мириться с непомерно большими массой и габаритами аппарата, повышенным расходованием электроэнергии. Снизив же напряжение, трансформируемое во вторичную цепь, до 36 В, можно в 5-6 раз облегчить вес «сварочника», довести его размеры до размеров переносного телевизора с одновременным улучшением остальных эксплуатационных характеристик.

Но как при низковольтной обмотке зажечь дугу?

Решением стал ввод во вторичную цепь диодного моста с конденсатором. В результате напряжение на выходе модернизированного «сварочника» удалось увеличить почти в 1,5 раза. Мнение специалистов подтверждено на практике: при превышении 40-вольтного барьера постоянного тока дуга легко зажигается и устойчиво горит, позволяя сваривать даже тонкий кузовной металл.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема сварочного аппарата постоянного тока.

Последнее, впрочем, легко объяснимо. С введением в схему большой ёмкости характеристика сварочного аппарата также получается крутопадающей (рис. 3). Создаваемое конденсатором начальное повышенное напряжение облегчает зажигание дуги. А когда потенциал на сварочном электроде упадет до U2 трансформатора (рабочая точка «А»), возникнет процесс устойчивого горения дуги с наплавлением металла в зоне сварки.

Рис.3. Вольт-амперная характеристика сварочного аппарата на постоянном токе.

Рекомендуемый автором «сварочник» можно собрать даже в домашних условиях, взяв за основу промышленный силовой трансформатор 220-36/42 В (такие обычно используют в системах безопасного освещения и питания низковольтного заводского оборудования). Убедившись в целости первичной обмотки, содержащей, как правило, 250 витков изолированного провода сечением 1,5 мм2, проверяют вторичные. Если их состояние неважное, все (за исключением исправной сетевой обмотки) без сожаления удаляют. А в освободившемся пространстве наматывают (до заполнения «окна») новую вторичную обмотку. Для рекомендуемого трансформатора мощностью 1,5 кВА это 46 витков медной или алюминиевой шины сечением 20 мм2 с добротной изоляцией. Причём в качестве шины вполне подойдет кабель (или несколько свитых в жгут изолированных одножильных проводов) общим сечением 20 мм2.

Выбор сечения электродов в зависимости от мощности трансформатора.

Выпрямительный мост можно собрать из полупроводниковых диодов с рабочим током 120-160 А, установив их на теплоотводы-радиаторы 100×100 мм. Разместить такой мост удобнее всего в одном корпусе с трансформатором и конденсатором, выведя на переднюю текстолитовую панель 16-амперный выключатель, глазок сигнальной лампочки «Вкл.», а также клеммы «плюс» и «минус» (рис.4). А для подключения к держателю электрода и «земле» использовать по отрезку одножильного кабеля соответствующей длины сечением по меди 20-25 мм2. Что касается самих сварочных электродов, то их диаметр зависит от мощности используемого трансформатора.

Рис. 4. Самодельный сварочный аппарат для сварки на постоянном токе.

И ещё. При испытаниях рекомендуется, отключив аппарат (минут через 10 после сварки) от сети, проверить тепловые режимы трансформатора, диодного моста и конденсатора. Лишь убедившись, что всё в норме, можно продолжить работу. Ведь перегретый «сварочник» — источник повышенной опасности!

Из других требований нелишне, думается, отметить, что сварочный аппарат должен быть укомплектован искросветозащитной маской, рукавицами и резиновым ковриком. Место, где выполняются сварочные работы, оборудуется с учётом требований противопожарной безопасности. К тому же надо проследить, чтобы рядом не было ветоши, других горючих материалов, а подключение «сварочника» к сети выполнять с соблюдением правил электробезопасности через мощный штепсельный разъём электрощитка на вводе в здание.

В.Коновалов, г.ИркутскМк 04 1998

Похожие самоделки

Сборка самодельных сварочных аппаратов постоянного тока

• Самодельный аппарат: блок-схема
• Самодельный аппарат: трансформатор
• Сварочный аппарат: дуговая характеристика
• Динамическая характеристика
• Возможные детали и расчеты
• Принципиальная схема
• Работа схемы сварки:
• Конструкция трансформатора и дросселей
• Конструкция аппарата
  • Детали и материалы сварочного устройства:
  • Инструменты для сборки

Чтобы сделать самодельные сварочные аппараты постоянного тока, вам понадобится источник питания повышенной мощности, преобразующий номинальное напряжение обычной однофазной сети и обеспечивающий постоянную величину (в амперах) соответствующего тока для непосредственного возникновения и удержания нормальной электродуги.

Схемы самодельного аппарата для сварки на постоянном токе.

Источником питания повышенной мощности выступает схема из таких составляющих:

• выпрямитель;
• инверторы;
• трансформатор тока и напряжения;
• регуляторы тока и напряжения, улучшающие качественные характеристики электродуги (тиристоров, симисторов);
• устройства вспомогательные.

На самом деле, исходя из схем самоделок, источником электродуги был и остается трансформатор, даже если не использовать вспомогательные узлы и схемы различных блоков регулирования.

Самодельный аппарат: блок-схема

Принципиальная электрическая схема блока питания сварочного аппарата.

Блок питания вставляется в соответствующую коробку из пластмассы или металла. Он снабжается необходимыми элементами: соединительными разъемами, различными выключателями, клеммами и регуляторами. Сварочный аппарат можно оборудовать ручками для переноски и колесиками.

Такую конструкцию довольно хорошего качества сварки можно выполнить самостоятельно. Главный секрет такого аппарата – это минимальное понимание сварочного процесса, выбор материала, а также мастерство и терпение при изготовлении этого устройства,.

Но для сборки аппарата самостоятельно вы должны хотя бы немного понять и изучить основные навыки, момент возникновения и горения электродуги и теорию плавления электрода. Знать характеристики сварочных трансформаторов и их магнитопроводов.

Вернуться к оглавлению

Самодельный аппарат: трансформатор

Основой любой схемы сварочного устройства является понижающий нормальное напряжение (с 220 В до 45-80 В) трансформатор. Он работает в специальном дуговом режиме с максимальной мощностью. Такие трансформаторы просто обязаны выдерживать очень большие токи номиналом около 200 А. Их характеристики должны согласовываться, ВАХ трансформатора непременно должна всецело соответствовать специальным требованиям, иначе ее нельзя применить для режима дуговой сварки.

Сварочные аппараты (их конструкции) сильно разнятся. Разнообразие сварочных самодельных трансформаторов огромно, ведь в конструкциях очень много поистине уникальных решений. Помимо этого, самодельные трансформаторы очень просты: в них отсутствуют дополнительные устройства, предназначенные для непосредственной регулировки тока конструкции, которая протекает:

Конструкция самодельного сварочного полуавтомата.

• с помощью узкоспециализированных регуляторов;
• путем переключения некоторого числа витков катушек.

Трансформатор в основном состоит из таких элементов:

1. Магнитопровод металлический. Выполняется путем набора пластин из трансформаторной стали.
2. Обмотки: первичная (сетевая) и вторичная (рабочая). Они бывают с выводами для регулировки (путем переключения) или для схемы устройства.

При расчете трансформатора на необходимый ток, варку производят, как правило, сразу с рабочей обмотки, не навешивая схем и разнообразных элементов ограничения и регулировки. Первичную обмотку необходимо выполнять с клеммами, отводами. Они служат для увеличения-уменьшения тока (например, поднастроить трансформатор при малом напряжении сети).

Главная часть любого трансформатора – его магнитопровод. При изготовлении самодельных разработок применяют магнитопроводы со списанных статоров электродвигателей, старых телевизионных и силовых трансформаторов. Поэтому и существует огромное разнообразие разработанных народными умельцами различных магнитопроводов для таких устройств.

Сварочный трансформатор на бaзe широко распространённого ЛАТР2 (а).

• размеры магнитопровода;
• обмотки – число витков;
• уровень напряжений на входе-выходе;
• I п – ток потребляемый;
• I max – ток максимальный выходной.

Характеристики дополнительные просто невозможно оценить или измерить дома, даже с помощью приборов. Но как раз они и определяют годность трансформатора аппарата для формирования качественного шва при питании в режиме сварки руками.

Это напрямую зависит от того, как трансформатор «держит ток» и называется внешняя ВАХ (ВВАХ) питания.

ВВАХ – зависимость потенциалов (U) на разъемах и тока сварки, который меняется от нагрузочных свойств трансформатора и от электрической дуги.

Для сварки руками применяют лишь крутопадающую характеристику, а в автоматах используют пологоспадающую и жесткую.

Вернуться к оглавлению

Сварочный аппарат: дуговая характеристика

Дуга – электроразряд, протекающий несколько минут между электродом (плюсовым или фазным выводом) и массой (вывод минусовой). Помещенный в эту зону металл разогревается и плавится. При возникновении дуги возникает пробой газа межэлектронной области, а при стабилизации дугового процесса появится проводимость ионов. Стабилизатором нормальной дуги считается верхний слой электрода, так называемая обмазка, улетучивающаяся при сварке.

В процессе соединения металлов электродом, под воздействием высоких температур, осуществляется непосредственное расплавление металла с последующим формированием капли, а затем ее перенос с электрода на конструкцию. Возникновение, формирование и диаметр капель, а также скорость их появления, в основном зависят от длины электродуги, параметров электрода и силы тока.

Если система работает нормально, металл наваривается ровно, а дуга стабильна, то все выполнено прекрасно. Если нет, то ВАХ системы жесткая. Это исправляется включением балластного резистора номиналом меньше 1 Ом (часть проволоки нихромовой). Такой резистор ограничит I max трансформатора (ток максимальный) и выправит его ВА характеристику.

Так возможно получить хорошие результаты протекания нормальной дуги при ручной сварке. Улучшения крутизны ВА характеристики можно добиться, увеличив холостой ход (выходное напряжение) за счет снижения КПД системы.

Вернуться к оглавлению

Динамическая характеристика

Принципиальная электрическая схема мостового выпрямителя сварочного аппарата.

Еще один полезный технический параметр, характеризующий работу устройства – динамическая характеристика (ДХ) вашего блока питания, который должен обладать быстрой реакцией на изменения электропараметров дуги (тока, напряжения). Это зависит от времени восстановления напряжения от нулевых показаний в режиме короткого замыкания до напряжения повторного появления дуги.

Это время и есть ДХ блока питания. Оно не должно быть более 25 Вольт/0,05 секунд. Эта ДХ сказывается при замыкании раскаленного металла на деталь, в момент перехода трансформатора в короткозамкнутый режим. При этом сила тока КЗ в обмотке вторичной может достигать двойной величины, а сварочные аппараты для сварки руками, из-за такого соотношения, могут иметь отрицательный фактор.

Для устойчивого горения сварочной дуги важное свойство имеет так называемая эластичность дуги. Она продолжает гореть при увеличении ее длины. Эластичность дуги величина количественная, ее критерием является ее максимальная длина, при которой дуга способна существовать.

Дуга возгорается только при достижении нужного напряжения в начальном полупериоде. Дуга тока переменного гаснет и зажигается 100 раз/сек отдельными вспышками. Это возможно изменить потенциалом холостого хода и сдвигом фаз между потенциалом холостого хода и дуговым током. Уменьшить паузы длительности горения электродуги можно, увеличив потенциал холостого хода.

Но не рекомендуется (из-за электробезопасности) увеличивать его больше 80 В. Это решается применением схемотехники, например, включив дросселя, создающие сдвиг фаз напряжения и тока. Электродуга, после доработки поддерживаемая самоиндукцией, может и не прерываться.

Вернуться к оглавлению

Возможные детали и расчеты

Схема инверторного сварочного аппарата.

При постоянном потенциале электродуга отличается высокой стабильностью и качеством швов. Постоянный ток в самодельных аппаратах возникает при применении выпрямителей большой мощности. Например, выполненных с помощью диодов с током на 200 А – В-200.

Их большие размеры и обязательное применение радиаторов для эффективной теплоотдачи обуславливают параметры конструкции. Возможно, а даже в некоторых случаях и лучше, если вы примените специальный диодный мост. Тем более что их можно запараллелить, увеличив тем самым выходной ток.

Кривая формы напряжения сглаживается «электролитом» 10000 мкф или более, подключаемым через резистор. Он необходим для предотвращения возникновения КЗ в момент возгорания дуги, при касании электродом свариваемых деталей.

Особенностью расчетов является то, что, собирая самодельный аппарат своими руками, приходится все параметры подстраивать под имеющиеся в наличии детали, которые очень часто не самого лучшего качества. Например, применяют магнитопровод от слабого трансформатора или используют статор старого проржавевшего двигателя.

Все это сказывается на качестве сварки. Но, несмотря на это, многие умельцы создают поистине уникальные самодельные аппараты, которые имеют мягкое зажигание электродуги, сваривают детали с тонкими стенками и почти не разбрызгивают кусочки металла.

Вернуться к оглавлению

Принципиальная схема

Пакет трансформаторного железа (магнитопровод).

Исходя из вышесказанного, были испробованы разные конструкции, с транзисторным и тиристорным управлением, которые привели к настоящей схеме.

Оказалось, что более надежны тиристоры. Они легко выдерживают любое замыкание на выходе и быстро выходят из этого состояния. Им не нужен мощный радиатор, так как тепловыделение намного меньше. Транзисторы быстро выходят из строя при перегрузке и очень капризны к подбору параметров.

Схема не оригинальна, как может показаться. Но она отличается простотой и надежностью, легкодоступностью деталей и быстротой наладки. Это конвертор, собранный из элементов «совкового» телевизора. Его данные таковы:

• регулировка – плавная;
• ток – постоянный.

При сваривании 3-миллиметровой стали электродом калибра 3 мм, ток потребления составляет порядка 10 А, а напряжение сварки получают путем нажатия кнопки на вилке удерживающей электрод. Это помогает:

1. Повысить безопасность, ведь при отжатии кнопки напряжение на нем отсутствует.
2. Работать с повышенным напряжением возникновения дуги, обеспечивающим ее горение.
3. При включении напряжения обратной полярности появляется возможность сварки очень тонких деталей.

Вернуться к оглавлению

Работа схемы сварки:

Блок – схема сварочного инвертора.

1. Мост сетевой VD1-VD4 выпрямляет переменный потенциал сети.
2. Ток начинает течь по контактам лампы HL1, стоящей в качестве индикатора всего процесса, заряжая «электролит» С5. HL1 также ограничивает ток заряда устройства. Как только она погаснет, можно сваривать детали.
3. При начале зарядки С5, происходит зарядка батареи конденсаторов С6-С17 через контур дросселя L1. Светодиод HL2 светится и показывает, что на аппарат поступает напряжение сети. Но сварки не происходит – тиристор VS1 закрыт. На его управляющем выводе нет потенциала.
4. При включении кнопки SB1 напряжение идет на генератор импульсов с частотой 25 кГц, который выполнен по схеме телевизоров 3УСТЦ на транзисторе VT1 (однопереходном).
5. Импульсы этого генератора поступают на тиристор VS2, запуская его, а он открывает запараллеленные тиристоры VS3-VS7 .
6. «Электролиты» С6-С17 начинают разряжаться через обмотку «I» трансформатора Т1 и контур дросселя L2. Вся эта цепь – Т1, С6-С17 и дроссель L2 является колебательным контуром с изменяющимся током. Когда контур находится в противофазе ток идет по диодам VD8, VD9. Запараллеленные (VS3-VS7) тиристоры запираются и ожидают нового импульса узла на VT1. После этого все повторяется.
7. На трансформаторе (на обмотке «III») возникают импульсы, отпирающие VS1. А через него выпрямитель VD1-VD4 соединяется с преобразователем на тиристорах.

Для индикации запуска генератора установлен светодиод HL3. Для выпрямления напряжения сварки установлены VD11-VD34. А для сглаживания формы кривой и облегчения возникновения электродуги служат «электролиты» С19-С24.

Вернуться к оглавлению

Конструкция трансформатора и дросселей

Схема намотки провода.

Т1 собран из 3-х «строчников» от старых телевизоров, сложенных вместе. Сердечник ПК30х16 из феррита марки 3000НМС-1. Обмотки «I» и «II» имеют по 2 секции с проводом ПСД 1,68 в изоляции из стеклоткани. Они соединены согласно последовательно и имеют витки:

Обмотка «I» работает в худшем тепловом режиме, поэтому при сборке необходимо мотать ее с шагом (зазором) 1 мм. Во второй обмотке не забудьте сделать отвод от середины.

Обе обмотки надо поставить таким образом, чтобы не нарушилась работа диодов VD11-VD34. Направление намотки обмотки «I», начиная от вывода подсоединенного к L2 – против стрелки часов. А направление намотки обмотки «II» – по часовой, от вывода, подключенного к VD21-VD34.

Обмотка «III» – виток провода 0,4-0,5 мм в изоляции на напряжение 500 В и более.

Важно распределить обмотки, правильно выдержав зазоры. Это необходимо для охлаждения магнитопровода и по соображениям безопасности. Для этого устанавливают 4 стеклотекстолитовые (1,5 мм) пластины, которые после подгонки приклеивают.

Дроссель L1, индуктивностью 40±10 мкГн, намотан на сердечнике ПЛ 12,5×25-50 с зазором (немагнитным) 0,3-0,5 мм и имеет 175 витков, намотанных проводом типа ПЭВ-2, калибром 1,32.

Дроссель L2 – спираль без каркаса, намотанная 4 мм 2 проводом в термоизоляции. Количество витков -11, диаметр намотки -14 мм. Через дроссель идет большой ток и его необходимо обдувать.

Вернуться к оглавлению

Конструкция аппарата

Выпрямитель VD11-VD34 представляет этажерку из алюминия, стянутую шпильками. Каждые два диода зажаты между 1 мм пластинами габаритами 44×42 мм.

Транзистор VT1, «кондеры» С2-С4 и С6-С18, тиристоры VS2-VS7, стабилитроны и диоды VD5-VD7, VD8-VD10 и резисторы установлены на стеклотекстолитовой плате.

Вернуться к оглавлению

Детали и материалы сварочного устройства:

Схема сборки трансформатора сварочного аппарата.

1. SA1 – переключатель пакетный. Ток 16 А и более.
2. ВН-2 – вентилятор (обозначен на схеме М1).
3. С1 – напряжение 220 В и более.
4. VD1-VD4 – диоды на 16 А и более, установленные на 2-х мм радиаторы площадью 900 мм 2 .
5. «Электролит» С5 можно составить из нескольких. Напряжение 400В и более.
6. С6-С24 с напряжением 1000 В и более должны иметь диэлектрически малый угол потерь, например К78-2 или импортные пленочные.
7. VS2-VS7 – тиристоры КУ221 А. Из-за больших токов и разогрева катодов тиристоров, желательно надеть на них пистоны из фольги медной. Все тиристоры установлены на общий 3-миллиметровый пластину-радиатор.
8. VD8-VD9 – диоды КД213А (Б, В) или КД2997А (Б), установлены на радиатор с тиристорами. VD9 стоит на слюдяном изоляторе.
9. R14-R18 – резисторы марки C5-16 В или более мощные.
10. Винты, гайки, шайбы.
11. Заклепки.
12. Алюминиевые пластины.

Вернуться к оглавлению

Инструменты для сборки

Такие устройства можно использовать для сварки деталей в гараже или сарае. Их даже можно арендовать соседям.

Основные типы сварочных аппаратов

Скрепление деталей сваркой и пайкой основано на одном принципе: заливке соединяемых элементов расплавленными металлами. Только при пайке используют легкоплавкие свинцово-оловянные припои, а при сварке — те же металлы, из которых сделаны свариваемые конструкции.

Физические законы, действующие при сварке

Чтобы перевести металл из обычного твердого состояния в жидкую стадию, его необходимо разогреть до очень высокой температуры, большей значения его плавления. Электрические сварочные аппараты работают по принципу выделения тепла в проводнике при прохождении по нему электрического тока.

Это явление в первой половине XIX века одновременно описали два физика: англичанин Джеймс Джоуль и россиянин Эмиль Ленц. Они доказали, что величина выделяемой теплоты в проводнике прямо пропорциональна:

1. произведению квадрата проходящего тока;

2. электрическому сопротивлению цепи;

3. времени воздействия.

Чтобы создать количество теплоты, способное расплавить металлические детали током необходимо влиять на нее одним из этих трех критериев (I, R, t).

Во всех сварочных аппаратах используется регулирование дуги за счет изменения величины протекающего тока. Остальные два параметра отнесены в разряд дополнительных.

Виды тока для сварочных аппаратов

В идеальном случае для равномерного прогрева деталей и места шва лучше всего подходит постоянный по времени электрический ток, который могут создать такие источники, как аккумуляторные или химические батареи либо специальные генераторы.

Однако, схема, которая показана на картинке, никогда не используется на практике. Она приведена для показа стабильного по величине тока, способного зажечь ровную, идеальную дугу.

Электрические сварочные аппараты работают от переменного тока промышленной частоты 50 герц. При этом все они создаются для длительной, безопасной работы сварщика, что требует установки минимальной разности потенциалов между свариваемыми деталями.

Однако, для надежного зажигания дуги требуется поддерживать уровень напряжения в 60÷70 вольт. Эта величина взята за исходную для рабочей цепи, в то время, как на вход сварочного аппарата подается 220 либо 380 В.

Переменный ток для сварки

Для понижения подводимого напряжения электроустановки до рабочего значения сварки используются мощные понижающие трансформаторы с возможностью регулирования величины тока. Они на выходе создают такую же по форме синусоиду, как и в питающей сети. А амплитуда гармоники для горения дуги создается значительно большей.

Конструкции сварочных трансформаторов должны отвечать двум условиям:

1. ограничению токов коротких замыканий во вторичной цепи, которые по условиям работы происходят довольно часто;

2. устойчивому горению зажженной дуги, необходимой для работы.

С этой целью их создают с внешней вольтамперной характеристикой (ВАХ), обладающей резкой крутизной падения. Делается это за счет увеличенного рассеивания электромагнитной энергии либо включением в схему дросселя — катушки с индуктивным сопротивлением.

В старых конструкциях сварочных трансформаторов для выставления тока сварки использовался метод переключения числа витков в первичной или вторичной обмотке. Этот трудоемкий затратный способ изжил себя и в современных аппаратах он не применяется.

Первоначально трансформатор настроен на выдачу максимальной мощности, которая указана в технической документации и на табличке корпуса. Затем для выставления рабочего тока дуги она снижается одним из следующих способов:

подключением индуктивного сопротивления во вторичную цепь. При этом увеличивается крутизна ВАХ и уменьшается амплитуда сварочного тока, как показано на картинке выше;

изменением состояния магнитопровода;

Способы регулирования сварочного тока вводом индуктивного сопротивления во вторичную цепь

Сварочные трансформаторы. работающие по этому принципу, бывают двух видов:

1. с плавной системой регулирования тока за счет постепенного изменения воздушного зазора внутри магнитотпровода индуктивности;

2. со ступенчатым переключением числа витков обмотки.

При первом способе магнитопровод индуктивности делается из двух частей: стационарной и подвижной, которая сдвигается от вращения рукоятки управления.

При максимальном воздушном зазоре создается наибольшее магнитное сопротивление для электромагнитного потока и наименьшее индуктивное сопротивление, которое обеспечивает максимальное значение тока сварки.

Полное же приближение подвижной части магнитопровода к неподвижной снижает сварочный ток до минимально возможной величины.

Ступенчатое регулирование основано на использовании передвигающегося контакта для поэтапной коммутации определенного числа витков обмотки.

У этих индуктивностей магнитопровод делают целым, неразъемным, что немного упрощает общую конструкцию.

Способ регулирования тока на основе изменения геометрии магнитопровода сварочного трансформатора

Этот технический прием выполняется одним из методов:

1. перемещением секции из подвижных катушек на различное удаление от стационарно установленных обмоток;

2. регулированием положения магнитного шунта внутри магнитопровода.

В первом случае сварочный трансформатор создается с повышенным рассеиванием индуктивности за счет возможности изменения расстояния между стационарно закрепленными в районе нижнего ярма катушками первичной цепи и подвижной вторичной обмоткой.

Она перемещается за счет ручного вращения рукоятки регулировочного вала, работающего по принципу ходового винта с гайкой. При этом положение силовой обмотки переносится простой кинематической схемой на механический указатель, который проградуирован в делениях сварочного тока. Его точность составляет порядка 7,5%. Для более качественных замеров во вторичную цепь встраивают трансформатор тока с амперметром.

При минимальном расстоянии между катушками создается наибольшая величина сварочного тока. Для его уменьшения необходимо отодвигать подвижную обмотку.

Подобные конструкции сварочных трансформаторов создают при работе большие радиопомехи. Поэтому в их электрическую схему включают емкостные фильтры, снижающие электромагнитные шумы.

Способ включения подвижного магнитного шунта

Один из вариантов исполнения магнитопровода такого трансформатора показан на картинке ниже.

Принцип его работы основан на шунтировании определенной части магнитного потока в сердечнике за счет включения регулировочного органа с ходовым винтом.

Сварочные трансформаторы, управляемые по описанным способам, выполняются с магнитопроводами из листов электротехнической стали и обмотками из медных или алюминиевых проводов с термостойкой изоляцией. Однако, с целью длительной работы они создаются с возможностью хорошего воздухообмена для отвода выделяемой теплоты в окружающую атмосферу, поэтому обладают большим весом и габаритами.

Во всех рассмотренных случаях сварочный ток, протекающий через электрод, имеет знакопеременную величину, снижающую равномерность и качество дуги.

Выпрямленный ток для сварки

Если после вторичной обмотки сварочного трансформатора подключить два встречно соединенных тиристора или один симистор, через управляющие электроды которых схемой управления регулировать фазу открытия каждого полупериода гармоники, то появляется возможность снижать максимальный ток силовой цепи до величины, необходимой для конкретных условий сварки.

Каждый тиристор пропускает только положительную полуволну тока от анода к катоду и блокирует прохождение его отрицательной половины. Встречное включение позволяет управлять обеими полуволнами.

Регулировочным органом в схеме управления задается промежуток времени t1, в течение которого тиристор еще закрыт и не пропускает свою полуволну. При подаче тока внутрь цепи управляющего электрода в момент времени t2 тиристор открывается и через него проходит часть положительной полуволны, помеченная знаком «+».

Когда синусоида переходит через нулевое значение, тиристор закрывается, он не будет пропускать через себя ток до тех пор, пока к его аноду не подойдет положительная полуволна и схема управления фазосдвигающим блоком не даст команду на управляющий электрод.

В момент времени t3 и T4 работает встречно включенный тиристор по уже описанному алгоритму. Таким образом, у сварочного трансформатора с помощью тиристорной схемы срезается часть энергии тока в периоды времени t1 и t3 (создается бестоковая пауза), а для сварки используются токи, протекающие в промежутки t2 и t4.

Также эти полупроводники можно устанавливать в первичную цепь, а не силовую. Это позволяет использовать тиристоры меньшей мощности. Но в этом случае трансформатор будет преобразовывать обрезанные части полуволн синусоиды, помеченные знаками «+» и «-».

Наличие бестоковой паузы в периоды отсечки части гармоник тока является недостатком схемы, влияющим на качество горения дуги. Однако использование специальных электродов и некоторые другие меры позволяют успешно использовать тиристорную схему для сварки, которая нашла довольно широкое применение в конструкциях, называемых сварочными выпрямителями.

У маломощных однофазных сварочных выпрямителей встречается схема подключения моста. собранного из четырех диодов.

Она создает форму выпрямленного тока, который имеет вид непрерывно чередующихся положительных полуволн. У этой схемы сварочный ток не изменяет свое направление, а только колеблется по величине, создавая пульсации. Эта форма лучше поддерживает сварочную дугу, чем тиристорная.

В таких устройствах могут быть дополнительные обмотки, подключаемые к рабочим катушкам трансформатора для регулирования тока. Его величину определяют по амперметру, подключенному к выпрямленной цепи через шунт или синусоидальной — через трансформатор тока.

Мостовая схема Ларионова

Она предназначена для трехфазных систем и хорошо работает у сварочных выпрямителей.

Включение диодов по схеме этого моста позволяет складывать на нагрузке вектора напряжений таким образом, что они создают итоговое напряжение U вып, которое характеризуется небольшими пульсациями и по закону Ома формирует на сварочном электроде ток дуги аналогичной формы. Он значительно приближен к идеальному виду постоянного тока.

Особенности использования сварочных выпрямителей

Выпрямленный ток в большинстве случаев позволяет:

надежнее зажигать дугу;

обеспечивает ее устойчивое горение;

создавать меньшее количество брызг расплавленных металлов, чем у сварочных трансформаторов.

Это расширяет возможности сварки, позволяет надежно соединять нержавеющие стальные сплавы и цветные металлы.

Инверторный ток для сварки

Сварочными инверторами называют устройства, которые осуществляют поэтапное преобразование электричества по следующему алгоритму:

1. промышленная электроэнергия 220 или 380 вольт видоизменяется выпрямителем;

2. возникающие технологические шумы сглаживаются встроенными фильтрами;

3. стабилизированная энергия инвертируется в ток высокой частоты (от 10 до 100 кГц);

4. высокочастотный трансформатор снижает напряжение до величины, необходимой для устойчивого зажигания дуги электрода (60 V);

5. высокочастотный выпрямитель преобразовывает электроэнергию в постоянный ток для сварки.

Каждый из пяти этапов работы инвертора происходит под автоматическим управлением специального транзисторного модуля серии IGBT в режиме обратной связи. Система управления, построенная на этом модуле, относится к самому сложному и дорогому элементу сварочного инвертора.

Форма выпрямленного тока, созданного для дуги инвертором, практически близка к идеальной прямой линии. Она позволяет выполнять многочисленные виды сварок различных металлов.

Благодаря микропроцессорному управлению технологических процессов, происходящих внутри инвертора, работа сварщика значительно облегчается введением аппаратных функций:

горячего старта (режим Hot Start) за счет автоматического возрастания тока при начале сварки для облегчения запуска дуги;

анти-залипания (режим Anti Stick), когда при касании электродом свариваемых деталей величина сварочного тока снижается до значений, не вызывающих расплавление металла электрода и его прилипание;

форсирования дуги (режим Arc Force) при отделении больших капель расплавленного металла от электрода, когда сокращается длина дуги и появляется возможность его залипания.

Эти функции позволяют даже новичкам качественно выполнять сварные швы. Сварочные инверторные аппараты надежно работают при больших колебаниях входного напряжения сети.

Инверторные аппараты требуют бережного обращения и защиты от пыли, которая в случае оседания на электронных компонентах может нарушить их работу, привести к ухудшению теплосъема и перегреву конструкции.

При отрицательных температурах на платах модулей возможно появление конденсата. Он станет причиной поломок и неисправностей. Поэтому инверторы хранят в обогреваемых помещениях и не работают с ними при морозе или атмосферных осадках.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Самодельные сварочные аппараты

В зависимости от используемого для сварки типа тока, различают сварочные аппараты постоянного и переменного тока. Сварочные аппараты с использованием малых постоянных токов применяют при сварке тонколистового металла, в частности, кровельной и автомобильной стали. Сварочная дуга в этом случае более устойчива и при этом сварка может происходить как на прямой, так и на обратной полярности, подаваемого постоянного напряжения.

На постоянном токе можно варить электродной проволокой без обмазки и электродами, которые предназначены для сваривания металлов при постоянном или переменном токе. Для придания горения дуги на малых токах желательно иметь на сварочной обмотке повышенное напряжение холостого хода Uхх до 70. 75 В. Для выпрямления переменного тока, как правило, используют мостовые выпрямители на мощных диодах с радиаторами охлаждения (Рис. 1).

Рис.1 Принципиальная электрическая схема мостового выпрямителя сварочного аппарата, с указанием полярности при сварке тонколистового металла

Для сглаживания пульсаций напряжения один из выводов СА подсоединяют к держателю электродов через Т-образный фильтр, состоящего из дросселя L1 и конденсатора С1. Дроссель L1 представляет собой катушку из 50. 70 витков медной шины с отводом от середины сечением S=50 мм 2 намотанную на сердечнике, например, от понижающего трансформатора ОСО-12, или более мощного. Чем больше сечение железа сглаживающего дросселя, тем менее вероятность того, что его магнитная система войдет в насыщение. При вхождении магнитной системы в насыщение при больших токах (например при резке) индуктивность дросселя скачкообразно уменьшается и соответственно сглаживание тока происходить не будет. Дуга при этом будет гореть неустойчиво. Конденсатор С1 представляет собой батарею конденсаторов типа МБМ, МБГ или им подобных емкостью 350-400 мкФ на напряжение не ниже 200 В

Характеристики мощных диодов и их импортных аналогов можно посмотреть в справочнике. Или по ссылке можно скачать справочник по диодам из серии «В помощь радиолюбителю № 110»

Для выпрямления и плавного регулирования сварочного тока используют схемы на мощных управляемых тиристорах, которые позволяют изменять напряжение от 0,1хх до 0,9Uхх. Помимо сварки эти регуляторы могут быть использованы для зарядки аккумуляторных батарей, питания электронагревательных элементов и других целей.

В сварочных аппаратах переменного тока используют электроды диаметром более 2 мм, что позволяет сваривать изделия толщиной более 1,5 мм. В процессе сварки ток достигает десятки ампер и дуга горит достаточно устойчиво. В таких сварочных аппаратах используют специальные электроды, которые предназначены только для сварки на переменном токе..

Для нормальной работы сварочного аппарата необходимо выполнить ряд условий. Величина выходного напряжения должна быть достаточной для надежного зажигания дуги. Для любительского сварочного аппарата Uхх =60. 65В. Для безопасности проведения работ более высокое выходное напряжение холостого хода не рекомендуется, у промышленных сварочных аппаратов для сравнения Uхх может составлять 70..75 В..

Величина напряжения сварки Iсв должна обеспечивать устойчивое горение дуги, в зависимости от диаметра электрода. Величина напряжения сварки Uсв может составлять 18. 24 В.

Номинальный сварочный ток должен составлять:

Iсв — величина сварочного тока, А;

K1 =30. 40 — коэффициент, зависящий от типа и размера электрода dэ . мм.

Ток короткого замыкания не должен превышать номинальный сварочный ток более чем на 30. 35%.

Замечено, что устойчивое горение дуги возможно в том случае, если сварочный аппарат имеет падающую внешнюю характеристику, которая определяет зависимость между силой тока и напряжением в сварочной цепи. (рис.2)

Рис.2 Падающая внешняя характеристика сварочного аппарата:

— семейство характеристик для различных диапазонов сварки;

— диапазон напряжений сварки (18. 24 В)

В домашних условиях, как показывает практика, собрать универсальный сварочный аппарат на токи то 15. 20 до 150. 180 А достаточно сложно. В связи с этим, конструируя сварочный аппарат, не следует стремится к полному перекрытию диапазона сварочных токов. Целесообразно на первом этапе собрать сварочный аппарат для работы с электродами диаметром 2. 4 мм, а на втором этапе, в случае необходимости работы на малых токах сварки, дополнить его отдельным выпрямительным устройством с плавным регулированием сварочного тока.

Анализ конструкций любительских сварочных аппаратов в домашних условиях позволяет сформулировать ряд требований, которые должны быть выполнены при их изготовлении:

• Небольшие габариты и вес
• Питание от сети 220 В
• Длительность работы должна составлять не менее 5. 7 электродов dэ =3. 4 мм

Вес и габариты аппарата напрямую зависят от мощности аппарата и могут быть снижены, благодаря уменьшению его мощности. Продолжительность работы сварочного аппарата зависит от материала сердечника и теплостойкости изоляции обмоточных проводов. Для увеличения времени сварочных работ необходимо использовать для сердечника сталь с высокой магнитной проницаемостью.

1. 2. Выбор типа сердечника.

Для изготовления сварочных аппаратов используют в основном магнитопроводы стержневого типа, поскольку в исполнении они более технологичны. Сердечник сварочного аппарата можно набрать из пластин электротехнической стали любой конфигурации толщиной 0,35. 0,55 мм и стянуть шпильками, изолированными от сердечника (Рис. 3).

Рис.3 Магнитопровод стержневого типа:

— пластины Г — образной формы;

— размеры окна, см

При подборе сердечника необходимо учитывать размеры «окна9quot;, чтобы поместились обмотки сварочного аппарата, и площадь поперечного сердечника (ярма) S=a*b. см 2 .

Как показывает практика, не следует выбирать минимальные значения S=25..35 см 2. поскольку сварочный аппарат не будет иметь требуемый запас мощности и будет трудно получить качественную сварку. А отсюда, как следствие, возможность перегрева аппарата после непродолжительной работы. Чтобы этого не было, сечение сердечника сварочного аппарата должно составлять S=45..55 см 2. Хотя при этом сварочный аппарат будет несколько тяжелее, но будет работать надежно!

Следует заметить, что любительские сварочные аппараты на сердечниках тороидального типа имеют электротехнические характеристики в 4. 5 раз выше, чем у стержневого, а отсюда и небольшие электропотери. Изготовить сварочный аппарат с использованием сердечника тороидального типа сложнее, чем с сердечником стержневого типа. Это связано, в основном, с размещением обмоток на торе и сложностью самой намотки. Однако, при правильном подходе они дают хорошие результаты. Сердечники изготавливают из ленточного трансформаторного железа, свернутого в рулон в форме тора.

Рис. 4 Магнитопровод тороидального типа:

1 — сердечник автотрансформатора до перемотки;

2- сердечник после перемотки

Для увеличения внутреннего диаметра тора («окна9quot;) с внутренней стороны отматывают часть стальной ленты и наматывают на внешнюю сторону сердечника (Рис. 4). После перемотки тора эффективное сечение магнитопровода уменьшиться, поэтому частично придется подмотать тор железом с другого автотрансформатора до тех пор, пока сечение S не будет равно как минимум 55 см 2 .

Электромагнитные параметры такого железа чаще всего неизвестны, поэтому их с достаточной точностью можно определить экспериментально .

1. 3. Выбор провода обмоток.

Для первичных (сетевых) обмоток сварочного аппарата лучше использовать специальный термостойкий медный обмоточный провод в хлопчатобумажной или стеклотканевой изоляции. Удовлетворительной теплостойкостью обладают также провода в резиновой или резинотканевой изоляции. Не рекомендуется использовать для работы при повышенной температуре провода в полихлорвиниловой изоляции (ПХВ) изоляции из-за возможного её плавления, вытекания из обмоток и короткого замыкания витков. Поэтому полихлорвиниловую изоляцию с проводов необходимо либо снять и обмотать провода по всей длине хлопчатобумажной изоляционной лентой, либо вообще не снимать, а обмотать провод поверх изоляции.

При подборе сечения обмоточных проводов с учетом периодической работы сварочного аппарата допускается плотность тока 5 А/мм2. Мощность вторичной обмотки можно рассчитать по формуле P2 =Iсв *Uсв . Если сварка ведется электродом dэ=4 мм, при токе 130. 160 А, то мощность вторичной обмотки составит: Р2 =160*24=3,5. 4 кВт. а мощность первичной обмотки с учетом потерь составит порядка 5. 5,5 кВт. Исходя из этого, максимальный ток в первичной обмотке может достигать 25 А. Следовательно, площадь сечения провода первичной обмотки S1 должна быть не менее 5..6 мм 2.

На практике площадь сечения провода желательно взять несколько больше, 6. 7 мм 2. Для намотки берется прямоугольная шина или медный обмоточный провод диаметром 2,6. 3 мм без учета изоляции. Площадь сечения S намоточного провода в мм2 вычисляют по формуле: S=(3,14*D 2 )/4 или S=3,14*R 2 ; D — диаметр голого медного провода, измеренный в мм. При отсутствии провода нужного диаметра, намотку можно вести в два провода подходящего сечения. При использовании алюминиевого провода его сечение необходимо увеличить в 1,6..1,7 раза.

Число витков первичной обмотки W1 определяется из формулы:

k2 — постоянный коэффициент;

S — площадь сечения ярма в см 2

Можно упростить расчет применив для расчета специальную программу Сварочный калькулятор

При W1=240 витков делают отводы от 165, 190 и 215 витков, т.е. через каждые 25 витков. Большее количество отводов сетевой обмотки, как показывает практика, нецелесообразно.

Это связано с тем, что за счет уменьшения числа витков первичной обмотки увеличивается как мощность сварочного аппарата, так и Uхх. что приводит к повышению напряжения горения дуги и ухудшению качества сварки. Изменением только числа витков первичной обмотки добиться перекрытия диапазона сварочных токов без ухудшения качества сварки не удается. В этом случае необходимо предусмотреть переключение витков вторичной (сварочной) обмотки W2 .

Вторичная обмотка W2 должна содержать 65. 70 витков медной изолированной шины сечением не менее 25 мм2 (лучше сечением 35 мм2). Для намотки вторичной обмотки подходит также гибкий многожильный провод, например, сварочный, и трехфазный силовой многожильный кабель. Главное, чтобы сечение силовой обмотки не было меньше требуемого, а изоляция провода была теплостойкой и надежной. При недостаточном сечении провода возможна намотка в два и даже в три провода. При использовании алюминиевого провода его сечение необходимо увеличить в 1,6. 1,7 раза. Выводы сварочной обмотки обычно заводят через медные наконечники под клеммные болты диаметром 8. 10 мм (Рис. 5).

3. клеммный болт

5. медный наконечник с проводом

1.4. Особенности намотки обмоток.

Существуют следующие правила намотки обмоток сварочного аппарата:

• Намотка должна производится по изолированному ярму и всегда в одном направлении (например, по часовой стрелке).
• Каждый слой обмотки изолируют слоем хлопчатобумажной изоляции (стеклоткани, электрокартона, кальки), желательно с пропиткой бакелитовым лаком.
• Выводы обмоток залуживают, маркируют, закрепляют хлопчатобумажной тесьмой, а на выводы сетевой обмотки дополнительно надевают хлопчатобумажный кембрик.
• При некачественной изоляции провода, намотку можно производить в два провода, один из которых хлопчатобумажный шнур или хлопчатобумажная нить для рыболовства. После намотки одного слоя обмотку с хлопчатобумажной нитью фиксируют клеем (или лаком) и только после его высыхания наматывают следующий ряд.

Сетевую обмотку на магнитопроводе стержневого типа можно расположить двумя основными способами. Первый способ позволяет получить более «жесткий9quot; режим сварки. Сетевая обмотка при этом состоит из двух одинаковых обмоток W1, W2, расположенных на разных сторонах сердечника, соединенных последовательно и имеющих одинаковое сечение проводов. Для регулировки выходного тока на каждой из обмоток делают отводы, которые попарно замыкаются (Рис. 6 а, б )

Рис. 6. Способы намотки обмоток СА на сердечнике стержневого типа:

— сетевая обмотка на двух сторонах сердечника;

— соответствующая ей вторичная (сварочная) обмотка, включенная встречно- параллельно;

— сетевая обмотка на одной стороне сердечника;

— соответствующая ей вторичная обмотка, включенная последовательно

Второй способ намотки первичной (сетевой) обмотки представляет намотку провода на одной из сторон сердечника (рис. 6 в, г ). В этом случае сварочный аппарат имеет крутопадающую характеристику, варит «мягко9quot;, длина дуги меньше влияет на величину сварочного тока, а следовательно, и на качество сварки.

После намотки первичной обмотки сварочного аппарата необходимо проверить на наличие короткозамкнутых витков и правильность выбранного числа витков. Сварочный трансформатор включают в сеть через плавкий предохранитель (4. 6 А) и если есть амперметр переменного тока. Если предохранитель сгорает или сильно греется — это явный признак короткозамкнутого витка. В этом случае первичную обмотку необходимо перемотать, обратив особое внимание на качество изоляции.

Если сварочный аппарат сильно гудит, а потребляемый ток превышает 2. 3 А, то это означает, что число витков первичной обмотки занижено и необходимо подмотать еще некоторое количество витков. Исправный сварочный аппарат должен потреблять ток на холостом ходу не более 1..1,5 А, не греться и сильно не гудеть.

Вторичную обмотку сварочного аппарата всегда наматывают на двух сторонах сердечника. По первому способу намотки вторичная обмотка состоит из двух одинаковых половин, включенных для повышения устойчивости дуги встречно-параллельно (Рис. 6 б). В этом случае сечение провода можно взять несколько меньше, то есть 15..20 мм 2. При намотке вторичной обмотки по второму способу, вначале на свободной от обмоток стороне сердечника наматывается 60. 65% от общего числа ее витков.

Эта обмотка служит, в основном, для поджога дуги, а во время сварки, за счет резкого увеличения рассеивания магнитного потока, напряжение на ней падает на 80. 90%. Остальное количество витков вторичной обмотки в виде дополнительной сварочной обмотки W 2 наматывается поверх первичной. Являясь силовой, она поддерживает в требуемых пределах напряжение сварки, а следовательно, и сварочный ток. Напряжение на ней падает в режиме сварки на 20. 25% относительно напряжения холостого хода.

Намотка обмоток сварочного аппарата на сердечнике тороидального типа можно также произвести несколькими способами (Рис. 7 ).

Способы намотки обмоток сварочного аппарата на тороидальном сердечнике.

а — сетевая обмотка;

б — силовая обмотка

Переключение обмоток в сварочных аппаратах проще сделать с помощью медных наконечников и клемм. Медные наконечники в домашних условиях можно изготовить из медных трубок подходящего диаметра длиной 25. 30 мм, закрепив в них провода опрессовкой или пайкой. При сварке в различных условиях (сильная или слаботочная сеть, длинный или короткий подводящий кабель, его сечение и т.д.) переключением обмоток настраивают сварочный аппарат на оптимальный режим сварки, и далее переключатель можно установить в нейтральное положение.

1.5. Настройка сварочного аппарата.

Изготовив сварочный аппарат, домашний электрик должен произвести его настройку и проверку качества сварки электродами различного диаметра. Процесс настройки заключается в следующем. Для измерения сварочного тока и напряжения нужны: вольтметр переменного тока на 70. 80 В и амперметр переменного тока на 180. 200 А. Схема подключения измерительных приборов показана на (Рис. 8 )

Рис. 8 Принципиальная схема подключения измерительных приборов при настройке сварочного аппарата

При сварке различными электродами снимают значения тока сварки — Iсв и напряжения сварки Uсв. которые должны находится в требуемых пределах. Если сварочный ток мал, что бывает чаще всего (электрод липнет, дуга неустойчивая), то в этом случае переключением первичной и вторичной обмоток устанавливают требуемые значения, или перераспределяют количество витков вторичной обмотки (без их увеличения) в сторону увеличения числа витков, намотанных поверх сетевой обмотки.

После сварки необходимо проконтролировать качество сварки: глубину провара и толщину наплавленного слоя металла. Для этой цели разламывают или распиливают кромки свариваемых изделий. По результатам измерений желательно составить таблицу. Анализируя полученные данные, выбирают оптимальные режимы сварки для электродов различного диаметра, помня о том, что при сварке электродами, например, диаметром 3 мм, электродами диаметром 2 мм можно резать, т.к. ток резки больше сварочного на 30. 25%.

1.6. Технологические рекомендации и меры безопасности.

Подключение сварочного аппарата к сети должно производится проводом сечением 6. 7 мм через автомат на ток 25. 50 А, например АП-50.

Диаметр электрода, в зависимости от толщины свариваемого металла, можно выбрать, исходя из следующего соотношения: dэ=(1. 1,5)*В, где В — толщина свариваемого металла, мм. Длина дуги выбирается в зависимости от диаметра электрода и в среднем равна (0,5. 1,1)dэ. Рекомендуется выполнять сварку короткой дугой 2. 3 мм, напряжение которой равно 18. 24 В. Увеличение длины дуги приводит к нарушению стабильности ее горения, повышению потерь на угар и разбрызгивание, снижению глубины проплавления основного металла. Чем длиннее дуга, тем выше напряжение сварки. Скорость сварки выбирает сварщик в зависимости от марки и толщины металла.

При сварке на прямой полярности плюс (анод) подсоединяют к детали и минус (катод) — к электроду. Если необходимо, чтобы на детали выделялось меньшее количество тепла, например, при сварке тонколистовых конструкций, то применяют сварку на обратной полярности. В этом случае минус (катод) присоединяют к свариваемой детали, а плюс (анод) — к электроду. При этом не только обеспечивается меньший нагрев свариваемой детали, но и ускоряется процесс расплавления электродного металла за счет более высокой температуры анодной зоны и большего подвода тепла.

Сварочные провода присоединяют к сварочному аппарату через медные наконечники под клеммные болты с наружной стороны корпуса сварочного аппарата. Плохие контактные соединения снижают мощностные характеристики сварочного аппарата, ухудшают качество сварки и могут вызвать их перегрев и даже возгорание проводов.

При небольшой длине сварочных проводов (4..6 м) площадь их сечения должна быть не менее 25 мм 2 .

Во время проведения сварочных работ необходимо соблюдать правила пожарной безопасности, а при настройке аппарата и электробезопасности — во время проведения измерений электроприборами. Сварку следует вести обязательно в специальной маске с защитным стеклом марки С5 (на токи до 150. 160 А) и рукавицах. Все переключения в сварочном аппарате обязательно нужно делать только после отключения сварочного аппарата от сети.

2. Переносной сварочный аппарат на основе «Латра9quot;.

2.1. Особенность конструкции.

Сварочный аппарат работает от сети переменного тока напряжением 220 В. Особенностью конструкции аппарата является использование необычной форма магнитопровода, благодаря которой вес всего устройства составляет всего 9 кг, а габариты 125х150 мм (Рис. 9 ).

Для магнитопровода трансформатора используется ленточное трансформаторное железо, свернутое в рулон в форме тора. Как известно, в традиционных конструкциях трансформаторов магнитопровод набирается из Ш-образных пластин. Электротехнические характеристики сварочного аппарата, благодаря использованию сердечника трансформатора в виде тора, в 5 раз выше, чем у аппаратов с Ш-образными пластинами, а потери минимальные.

2.2. Доработки «Латра».

Для сердечника трансформатора можно использовать готовый «ЛАТР» типа М2 .

Примечание. Все латры имеют шестивыводную колодку и напряжение: на входе 0-127-220, и на выходе 0- 150 – 250. Есть два вида: большие и маленькие, и называются ЛАТР 1М и 2М. Кто из них какой я не помню. Но, для сварки нужны именно большой ЛАТР с перемотанным железом или, если они исправные, то наматывают шиной вторичные обмотки и после этого первичные обмотки соединяют параллельно, а вторички последовательно. При этом нужно учитывать совпадение направлений токов во вторичной обмотке. Тогда получается что-то похожее на сварочный аппарат, правда варит, как и все тороидальные, немного жестковато.

Можно использовать магнитопровод в виде тора от сгоревшего лабораторного трансформатора. В последнем случае, сначала снимают с «Латра» ограждение, арматуру и удаляют обгоревшую обмотку. Очищенный магнитопровод при необходимости перематывают (см. выше), изолируют электрокартоном или двумя слоями лакоткани и наматывают обмотки трансформатора. Сварочный трансформатор имеет всего две обмотки. Для намотки первичной обмотки используется кусок провода ПЭВ-2 длиной 170 м, диаметром 1,2 мм (Рис. 10 )

Рис. 10 Намотка обмоток сварочного аппарата:

1 — первичная обмотка;

3 — бухта провода;

2 — вторичная обмотка;

Для удобства намотки провод предварительно наматывают на челнок в виде деревянной рейки 50х50 мм с прорезями. Однако для большего удобства можно изготовить несложное приспособление для намотки тороидальных силовых трансформаторов

Намотав первичную обмотку, покрывают ее слоем изоляции, а после наматывают вторичную обмотку трансформатора. Вторичная обмотка содержит 45 витков и наматывается медным проводом в хлопчатобумажной или стекловидной изоляции. Внутри сердечника провод располагается виток к витку, а снаружи — с небольшим зазором, что необходимо для лучшего охлаждения. Сварочный аппарат, изготовленный по приведенной методике, способен дать ток 80. 185 А. Принципиальная электрическая схема сварочного аппарата приведена на рис. 11.

Рис. 11 Принципиальная электрическая схема сварочного аппарата.

Работа несколько упростится, если удастся приобрести работающий «Латр9quot; на 9 А. Тогда снимают с него ограждение, токосъемный ползунок и крепежную арматуру. Далее определяют и маркируют выводы первичной обмотки на 220 В, а остальные выводы надежно изолируют и временно прижимают к магнитопроводу таким образом, чтобы их не повредить при намотке новой (вторичной) обмотки. Новая обмотка содержит столько же витков и той же марки, и того же диаметра провода, что и в рассмотренном выше варианте. Трансформатор в этом случае дает ток 70. 150 А. Изготовленный трансформатор помещают на изолированную площадку в прежний кожух, предварительно просверлив в нем отверстия для вентиляции (рис. 12))

Рис. 12 Варианты кожуха сварочного аппарата на основе «ЛАТРА9quot;.

Выводы первичной обмотки подключаются к сети 220 В кабелем ШРПС или ВРП, при этом в этой цепи следует поставить отключающий автомат АП-25. Каждый вывод вторичной обмотки соединяют с гибким изолированным проводом ПРГ. Свободный конец одного из этих проводов крепится к держателю электрода, а свободный конец другого — к свариваемой детали. Этот же конец провода необходимо заземлять для безопасности сварщика. Регулировка тока сварочного аппарата производится включением последовательно в цепь провода держателя электрода кусков нихромовой или константановой проволоки d=3 мм и длиной 5 м, свернутых «змейкой». «Змейка» крепится к листу асбеста. Все соединения проводов и балластника производятся болтами М10. Перемещая по «змейке9quot; точку присоединения провода, устанавливают необходимый ток. Регулировку тока можно производить с использованием электродов различного диаметра. Для сварки таким аппаратом пользуются электродами типа Э-5РАУОНИИ-13/55-2,0-УД1 dd=1. 3 мм.

При проведении сварочных работ для предотвращения ожогов необходимо применять фибровый защитный щиток, снабженный светофильтром Э-1, Э-2. Обязательным является головной убор, спецодежда и рукавицы. Сварочный аппарат следует оберегать от сырости и не допускать его перегрева. Ориентировочные режимы работы с электродом d=3 мм: для трансформаторов с током 80. 185 А — 10 электродов, а с током 70. 150 А — 3 электрода. после использования указанного количества электродов, аппарат отключают от сети минимум на 5 минут (а лучше около 20).

3. Сварочный аппарат из трехфазного трансформатора.

Сварочный аппарат, при отсутствии «ЛАТРА9quot;, можно сделать и на основе трехфазного понижающего трансформатора 380/36 В, мощностью 1..2 кВт, который предназначен для питания пониженным напряжением электроинструментов или освещения (рис. 13).

Рис. 13 Общий вид сварочного аппарата и его сердечник.

Здесь подойдет даже экземпляр с одной перегоревшей обмоткой. Такой сварочный аппарат работает от сети переменного тока напряжением 220 В или 380 В и с электродами диаметром до4 мм позволяет сваривать металл толщиной 1. 20 мм.

3.1. Детали.

Клеммы для выводов вторичной обмотки можно сделать из медной трубки d 10. 12 мм и длиной 30. 40 мм (рис.14).

Рис. 14 Конструкция клеммы вторичной обмотки сварочного аппарата.

С одной стороны ее следует расклепать и в получившейся пластине просверлить отверстие d 10 мм. Тщательно зачищенные провода вставляют в трубку клеммы и обжимают легкими ударами молотка. Для улучшения контакта на поверхности трубки клеммы можно сделать насечки керном. На панели, расположенной наверху трансформатора, заменяют штатные винты с гайками М6 на два винта с гайками М10. Новые винты и гайки желательно использовать медные. К ним присоединяют клеммы вторичной обмотки.

Для выводов первичной обмотки изготовляют дополнительную плату из листового текстолита толщиной 3мм (рис.15 ).

Рис. 15 Общий вид платки для выводов первичной обмотки сварочного аппарата.

В плате сверлят 10. 11 отверстий d=6мм и вставляют в них винты М6 с двумя гайками и шайбами. После этого плату крепят в верхней части трансформатора.

Рис. 16 Принципиальная электрическая схема соединения первичных обмоток трансформатора на напряжение: а) 220 В; б) 380 В (вторичная обмотка не указана)

При питании аппарата от сети 220 В две его крайние первичные обмотки соединяются параллельно, а среднюю обмотку присоединяют к ним последовательно (рис.16 ).

4. Держатель электродов.

4.1. Держатель электродов из трубы d¾».

Наиболее простой является конструкция электродержателя, изготовленная из трубы d¾» и длиной 250 мм (рис.17 ).

С обеих сторон трубы на расстоянии 40 и 30 мм от ее торцов выпиливают ножовкой выемки глубиной в половину диаметра трубы (рис.18 )

Рис. 18 Чертеж корпуса держателя электродов из трубы d¾»

К трубе над большой выемкой приваривают отрезок стальной проволоки d=6 мм. С противоположной стороны держателя сверлят отверстие d=8,2 мм, в которое вставляют винт М8. К винту присоединяется клемма от кабеля, идущего к сварочному аппарату, которая зажимается гайкой. Сверху на трубу надевается кусок резинового или капронового шланга с подходящим внутренним диаметром.

4.2. Держатель электродов из стальных уголков.

Удобный и простой в конструкции держатель электродов можно сделать из двух стальных уголков 25х25х4 мм (рис. 19 )

Рис. 19. Конструкция держателя электродов из уголков 25х25х4 мм:

Берут два таких уголка длиной около 270 мм и соединяют маленькими уголками и болтами с гайками М4. В результате получается короб сечением 25х29 мм. В полученном корпусе вырезается окно для фиксатора и сверлится отверстие для установки оси фиксаторов и электродов. Фиксатор состоит из рычага и небольшой клавиши, выполненной из листа стали толщиной 4 мм. Эту деталь также можно сделать из уголка 25х25х4 мм. Для обеспечения надежного контакта фиксатора с электродом на ось фиксатора надевается надевается пружина, а рычаг соединяется с корпусом контактным проводом.

Ручку получившегося держателя покрывают изоляционным материалом, в качестве которого используется обрезок резинового шланга. Электрический кабель от сварочного аппарата присоединяется к клемме корпуса и фиксируется болтом.

5. Электронный регулятор тока для сварочного трансформатора.

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. известны такие способы регулировки тока в сварочных трансформаторах: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. Все эти способы имеют как свои преимущества, так и недостатки. Например, недостатком последнего способа, является сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.

Наиболее оптимальным является способ ступенчатой регулировки тока, с помощью изменения количества витков, например, подключаясь к отводам, сделанным при намотке вторичной обмотки трансформатора. Однако, этот способ не позволяет производить регулировку тока в широких пределах, поэтому им обычно пользуются для подстройки тока. Помимо прочего, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. В этом случае, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что является причиной увеличения ее габаритов. Для вторичной цепи практически не удается подобрать мощные стандартные переключатели, которые бы выдерживали ток величиной до 260 А.

Если сравнить токи в первичной и вторичной обмотках, то оказывается, что в цепи первичной обмотки сила тока в пять раз меньше, чем во вторичной обмотке. Это наталкивает на мысль поместить регулятор сварочного тока в первичную обмотку трансформатора, применив для этой цели тиристоры. На рис. 20 приведена схема регулятора сварочного тока на тиристорах. При предельной простоте и доступности элементной базы этот регулятор прост в управлении и не требует настройки.

Рис. 20. Принципиальная схема регулятора тока сварочного трансформатора:

VS1, VS2 — Т122-25-3

С1, С2 — 0,1 мкФ 400 В

Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается. Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2.

При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора. Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети.

Изменением сопротивления резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.

Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами (рис. 21)

Рис. 21 Принципиальная схема замены транзистора с резистором на динистор, в схеме регулятора тока сварочного трансформатора.

аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.

В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308, однако эти транзисторы, при желании, можно заменить современными маломощными высокочастотными транзисторами, имеющими близкие параметры. Переменный резистор типа СП-2, а постоянные резисторы типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или К73-17 на рабочее напряжение не менее 400 В.

Все детали устройства с помощью навесного монтажа собираются на текстолитовой пластине толщиной 1. 1,5 мм. Устройство имеет гальваническую связь с сетью, поэтому все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.

Правильно собранный регулятор сварочного тока особой наладки не требует, необходимо только убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме или, при использовании динисторов, в стабильном их включении.

Если же вам не удалось найти подходящего магнитопровода в виде ЛАТРа или трехфазного трансформатора, то прочитайте статью о изготовлении сварочного аппарата из электродвигателя

Описание других конструкций можно посмотреть на сайте http://irls.narod.ru/sv.htm. однако сразу хочу предупредить, что многие из них имеют как минимум спорные моменты.

Также по этой теме можно посмотреть:

По этой ссылке можно скачать интересную книгу «Сварочный аппарат своими руками» автора Д.И. Зубаль

При написании статьи использовалась часть материалов из книги Пестрикова В. М. «Домашний электрик и не только. «

Всего хорошего, пишите to Elremont © 2005

Сварочный аппарат постоянного тока своими руками: моя схема

20 лет назад по просьбе товарища собирал ему надежный сварочник для работы от сети 220 вольт. До этого у него были проблемы с соседями из-за просадки напряжения: требовался экономный режим с регулировкой тока.

После изучения темы в справочниках и обсуждения вопроса с коллегами подготовил электрическую схему управления на тиристорах, смонтировал ее.

В этой статье на основе личного опыта рассказываю, как собрал и настроил сварочный аппарат постоянного тока своими руками на базе самодельного тороидального трансформатора. Она получилась в виде небольшой инструкции.

Схема и рабочие эскизы у меня остались, но фотографии привести не могу: цифровых аппаратов тогда не было, а товарищ переехал.

Универсальные возможности и выполняемые задачи

Товарищу требовался аппарат для сварки и резки труб, уголков, листов разной толщины с возможностью работы электродами 3÷5 мм. О сварочных инверторах в то время не знали.

Остановились на конструкции постоянного тока, как более универсальной, обеспечивающей качественные швы.

Тиристорами убрали отрицательную полуволну, создав пульсирующий ток, но сглаживанием пиков до идеального состояния заниматься не стали.

Схема управления выходным током сварки позволяет регулировать его величину от небольших значений для сварки вплоть до 160-200 ампер, необходимых при резке электродами. Она:

• изготовлена на плате из толстого гетинакса;
• закрыта диэлектрическим кожухом;
• смонтирована на корпусе с выводом рукоятки регулировочного потенциометра.

Вес и габариты сварочного аппарата по сравнению с заводской моделью получились меньшими. Разместили его на небольшой тележке с колесиками. Для смены места работы один человек свободно перекатывал его без особых усилий.

Провод питания через удлинитель подключали к разъему вводного электрического щитка, а шланги для сварки просто наматывали на корпус.

Простая конструкция сварочного аппарата постоянного тока

По принципу монтажа можно выделить следующие части:

• самодельный трансформатор для сварки;
• цепь его питания от сети 220;
• выходные сварочные шланги;
• силовой блок тиристорного регулятора тока с электронной схемой управления от импульсной обмотки.

Импульсная обмотка III расположена в зоне силовой II и подключается через конденсатор С. Амплитуда и длительность импульсов зависят от соотношения числа витков в емкости.

Как сделать самый удобный трансформатор для сварки: практические советы

Теоретически можно использовать любую модель трансформатора для питания сварочного аппарата. Главные требования к нему:

• обеспечивать напряжение зажигания дуги на холостом ходу;
• надежно выдерживать ток нагрузки во время сварки без перегрева изоляции от длительной работы;
• отвечать требованиям электрической безопасности.

На практике мне встречались разные конструкции самодельных или заводских трансформаторов. Однако все они требуют проведения электротехнического расчета.

Я уже давно пользуюсь упрощенной методикой, которая позволяет создавать довольно надежные конструкции трансформатора среднего класса точности. Этого вполне достаточно для бытовых целей и блоков питания радиолюбительских устройств.

Она описана у меня на сайте в статье об изготовлении трансформаторного паяльника Момент своими руками. Это усредненная технология. Она не требует уточнения сортов и характеристик электротехнической стали. Мы их обычно не знаем и учесть не можем.

Особенности изготовления сердечника

Умельцы делают магнитопровды из электротехнической стали всевозможных профилей: прямоугольного, тороидального, сдвоенного прямоугольного. Даже мотают витки провода вокруг статоров сгоревших мощных асинхронных электродвигателей.

У нас была возможность пользоваться списанным высоковольтным оборудованием с демонтированными трансформаторами тока и напряжения. Взяли от них полосы электротехнической стали, сделали из них два кольца — бублика. Площадь поперечного сечения каждого по расчетам составила 47,3 см2.

Их изолировали лакотканью, скрепили хлопчатобумажной лентой, образовав фигуру лежащей восьмерки.

Сверху усиленного изоляционного слоя стали мотать провод.

Секреты устройства обмотки питания

Провод для любой цепи должен быть с хорошей, прочной изоляцией, рассчитанной на длительную работу при нагреве. Иначе во время сварки она просто сгорит. Мы исходили из того, что было под рукой.

Нам достался провод с изоляцией лаком, закрытой сверху тканевой оболочкой. Его диаметр — 1,71 мм маловат, но металл — медь.

Поскольку другого провода просто не было, то стали обмотку питания делать из него двумя параллельными магистралями: W1 и W’1 с одинаковым числом витков — 210.

Бублики сердечника монтировали плотно: так они имеют меньшие габариты и вес. Однако, проходное сечение для провода обмоток тоже ограничено. Монтаж затруднен. Поэтому каждую полуобмотку питания разнесли на свои кольца магнитопровода.

Таким способом мы:

• вдвое увеличили поперечное сечение провода обмотки питания;
• сэкономили место внутри бубликов для размещения силовой обмотки.

Выравнивание провода

Получить плотную намотку можно только из хорошо выровненной жилы. Когда мы снимали проволоку со старого трансформатора, то она получилась искривленной.

Прикинули в уме необходимую длину. Конечно же ее не хватило. Каждую обмотку пришлось делать из двух частей и сращивать винтовым зажимом прямо на бублике.

Провод растянули на улице по всей длине. Взяли в руки пассатижи. Зажали ими противоположные концы и потянули с силой в разные стороны. Жила получилась хорошо выровненной. Скрутили ее кольцом с диаметром около метра.

Технология намотки провода на тор

Для обмотки питания мы использовали метод намотки ободом или колесом, когда из провода делается кольцо большого диаметра и заводится внутрь тора вращением по одному витку.

Этот же принцип используется при надевании заводного кольца, например, на ключ или брелок. После того, как колесо заведено внутрь бублика его начинают постепенно раскручивать, укладывая и фиксируя провод.

Этот процесс хорошо показал Алексей Молодецкий в своем видеоролике «Намотка тора на обод».

Эта работа трудная, кропотливая, требует усидчивости и внимания. Провод надо плотно укладывать, считать, контролировать процесс заполнения внутренней полости, вести запись намотанного количества витков.

Как мотать силовую обмотку

Для нее мы нашли медный провод подходящего сечения — 21 мм2. Прикинули длину. Она влияет на число витков, а от них зависит напряжение холостого хода, необходимое для хорошего зажигания электрической дуги.

Обычно справочники рекомендуют 60-70 вольт. Нам один опытный сварщик сказал, что в нашем случае будет достаточно 50. Решили проверить, а если не хватит, то дополнительно увеличить обмотку.

Сделали 48 витков со средним выводом. Итого получилось на бублике три конца:

• средний — для прямого подключения «плюса» к сварочному электроду;
• крайние — на тиристоры и после них на массу.

Поскольку бублики скреплены и на них уже по краям колец смонтированы обмотки питания, то намотку силовой цепи выполняли методом «челнока». Выровненный провод сложили змейкой и просовывали для каждого витка через отверстия бубликов.

Отпайку средней точки выполнили винтовым соединением с его изоляцией лакотканью.

Надежная схема управления сварочным током

В работе участвуют три блока:

1. стабилизированного напряжения;
2. формирования высокочастотных импульсов;
3. разделения импульсов на цепи управляющих электродов тиристоров.

Стабилизация напряжения

От обмотки питания трансформатора 220 вольт подключен дополнительный трансформатор с напряжением на выходе порядка 30 В. Оно выпрямляется диодным мостом на основе Д226Д и стабилизируется двумя стабилитронами Д814В.

В принципе здесь может работать любой блок питания с аналогичными электрическим характеристиками тока и напряжения на выходе.

Импульсный блок

Стабилизированное напряжение сглаживается конденсатором С1 и подается на импульсный трансформатор через два биполярных транзистора прямой и обратной полярности КТ315 и КТ203А.

Транзисторы генерируют импульсы на первичную обмотку Тр2. Это импульсный трансформатор тороидального типа. Он выполнен на пермаллое, хотя можно использовать и ферритовое кольцо.

Намотка трех обмоток проводилась одновременно тремя отрезками провода диаметром 0,2 мм. Сделано по 50 витков. Полярность их включения имеет значение. Она показана точками на схеме. Напряжение на каждой выходной цепи порядка 4 вольт.

Обмотки II и III включены в цепь управления силовыми тиристорами VS1, VS2. Их ток ограничивается резисторами R7 и R8, а часть гармоники обрезается диодами VD7, VD8. Внешний вид импульсов мы проверили осциллографом.

В этой цепочке резисторы надо подбирать под напряжение импульсного генератора так, чтобы его ток надежно управлял работой каждого тиристора.

Ток отпирания 200 мА, а отпирающее напряжение — 3,5 вольта.

Регулирование тока сварки

Переменный резистор R2 своим сопротивлением определяет положение каждого импульса, пропускаемого через управляющий электрод тиристора. От него зависит форма пульсирующего тока на выходе силовой схемы сварочного аппарата.

Пульсации полусинусоид могут проходить полностью, когда ток сварки выставляется максимальным или обрезаться практически до нуля.

Личные впечатления от эксплуатации

Когда был изготовлен сварочный аппарат постоянного тока своими руками, то мы приступили к изучению его возможностей. Первым делом поэкспериментировали с полярностью подключения электрода и выявили закономерность.

На электрод можно подавать «плюс» — прямая полярность или «минус» — обратная. В этом случае меняется глубина провара шва. При обратной полярности она возрастает примерно на 40-50%.

Наш сварочный аппарат позволяет варить электродами 3 мм, обеспечивая ток сварки 80 ампер довольно длительное время. Нагрев конструкции не превышает рабочих режимов. При этом нагрузка в сети бытовой проводки поддерживается на уровне до 20 А.

Если возникает необходимость пользоваться электродами 4 мм или увеличивать сварной ток, то приходится организовывать перерывы в работе для охлаждения аппарата. Оно у нас естественное: за счет щелей и отверстий.

Систему охлаждения можно усилить принудительной вентиляцией, выполнив обдув. Но мы этим вопросом не занимались.

Показываю отсканированный рукописный текст сохранившегося документа. Он может пригодиться для повторения.

А сейчас рекомендую посмотреть видеоролик владельца zxDTCxz «Сварочный аппарат на основе тороидального магнитопровода». В нем есть много полезных рекомендация.

Если же у вас все-таки остались вопросы по теме, то задавайте их в комментариях, я отвечу.

Сварочный аппарат постоянного тока

Сварка это — соединение двух материалов путём плавления. При помощи высокой температуры края соединяемых материалов  расплавляются, перемешиваются между собой, образуя однородный сварочный шов. Очень часто, за исключением некоторых видов сварки, в этом процессе участвует и материал электрода. Высокая температура достигается за счет электрической дуги между электродом и свариваемым материалом, электронного луча, лазерного луча, газовой сварки и таким же способами, вызывающими плавление металла.

Большую часть соединений приходится на металлические детали, но в последнее время сварка широко начала использоваться для соединений изделий из пластмассы, керамики и сочетаний этих материалов.

Естественно, сам процесс сварки небезопасен. Нужно соблюдать особенную технику безопасности, что бы не попасть под поражение электрическим током, ожогом как роговицы глаз, так и различных частей тела, как инфракрасным излучением, так и ультрафиолетовым, а также брызгами от расплавленного металла.

Источников для создания электрической дуги и её поддержания бывает несколько. Это трансформаторные источники, инверторные, выпрямители. Есть и такие как сварочные агрегаты, которые работают по принципу двигателя внутреннего сгорания.

Самое большое применение из этих аппаратов приходится на  сварочные трансформаторы, а также инверторные сварочные аппараты постоянного тока.  Если посмотреть инвертор, он использует в работе токи высокой частоты,  при этом работая за счет встроенных внутри силовой электроники, а также небольших по размеру трансформатора — преобразователя. Как достоинство  этого аппарата можно отметить компактность, вес, для бытового использования он достаточно небольшой, до 5 кг, а также энергопотребление, которое  достаточно низкое.

Сварочный инвертор

К минусам можно отнести цену, которая выше, чем у сварочных трансформаторов, особенно у профессиональных сварочных аппаратов инвертор постоянного тока, особые требования к температуре и влажности окружающей среды. Он реагирует на перепад напряжения в сети и его ремонт достаточно таки дорогой по сравнению с общей стоимостью.

Если рассматривать трансформаторный сварочный аппарат, его преимуществом будет простота конструкции. Трансформатор, который является основой аппарата, обеспечивает напряжение сети до необходимого для проведения сварки. Он питается переменным током из сети,  при этом  получаем или постоянный или переменный ток это в зависимости от схемы работы аппарата. Они имеют невысокую стоимость, и при поломке отремонтировать их не сложно.

Сварочный трансформатор

Подразделяются аппараты по мощности, по количеству рабочих мест, присоединяемых к одному трансформатору и напряжением, и по сети: однофазные или трёхфазные.

Дроссель для сварочного аппарата постоянного тока

Еще необходимой деталью конструкции трансформатора является дроссель для сварочного аппарата постоянного тока, который используется как усилитель в электродных аппаратах, так и в полуавтоматах.

Дроссель для сварочного аппарата постоянного тока, схема.

Его ещё называют катушкой индуктивности. Эта деталь улучшает работу трансформатора и представляет собой специальный провод, который наматывают вокруг сердечника из ферромагнита. Что бы проще объяснить – напряжение, которое подается на катушку на выходе, повышает, причем плавно, силу тока. Если менять полярность, сила тока уменьшается, опять — таки плавно, без скачков. Это очень важно для равномерного горения электрической дуги и, соответственно, для качества сварки, а также защита при колебаниях напряжения в сети.

Эффективность дросселя определяется по такому параметру, как индуктивность. Она измеряется в такой величине, как Гн. (Генри), что означает что через дроссель , имеющий индуктивность 1 Гн,  при напряжении 1В в течение 1 секунды может пройти только 1А тока.

Количество витков на катушке и индукция взаимосвязаны по принципу прямой пропорции.  Очень часто дроссель изготавливают своими руками, тем более, что схем в интернете достаточно, как и описаний, как это сделать. Поэтому высчитывать количество витков, возводить их в квадрат не обязательно.

Сварочные аппараты постоянного и переменного тока,  в чём у них разница

Эти сварочные аппараты имеют разные сварочные дуги. Отсюда и разница в применяемых электродах. При покупке электродов это следует учитывать. Но не только в этом отличие, основное отличие идет по устройству самого сварочного трансформатора.

Сварочный аппарат переменного тока

Как описывалось выше, сварочный трансформатор имеет под своим корпусом сердечник в виде замкнутого магнитопровода, а также как первичную, так и вторичную обмотку. Электрический ток проходит через первичную обмотку, намагничивая при этом сердечник. Магнитный поток, который получается при этом, на вторичной обмотке вырабатывает переменный ток, напряжение которого напрямую зависит от того, сколько витков намотано на вторичную обмотку. Так получается переменный ток. Если сравнивать сварочный трансформатор постоянного тока, в его конструкции присутствует выпрямитель, который и делает ток постоянным.

Схема трансформатора

Сама сварка переменным и постоянным током при сравнении показывает, то что последняя обеспечивает более качественный сварной шов за счет того, что значение тока стабильное, не имеет нулевых значений и дуга горит постоянно. Получается хорошее расплавление кромок, при этом уменьшается количество дефектов в самом сварном шве, что улучшает качество шва. Кроме того, само  разбрызгивание расплавленного металла значительно уменьшается, чем снижаются затраты на зачистку шва после остывания.

Какой  лучше купить сварочный аппарат постоянного тока

Если рассматривать покупку сварочного аппарата, конечно, выбирают из двух категорий: для сварки в домашних условиях и для сварки в промышленных условиях, для профессионалов. Для работ в квартире, в доме, в гараже лучше всего подойдут бытовые модели понижающих трансформаторов. Они могут быть с несколькими дросселями или с одним или двумя  реостатами. Главное в выборе это однофазный аппарат с 220 в, хотя имеются такие, которые имеют переключение по сетям, 220 или 380 вольт.

Амперметр для измерения силы тока

Чем большую силу тока выдает аппарат, тем его цена выше, так как тем большую толщину металла он может варить.

Если стоит цель купить сварочный аппарат постоянного тока для домашнего использования, можно рекомендовать величину силы тока от 50 до 160 А, не выше. При выборе нужно знать, в основном какие работы и с каким металлом будут проводиться, как часто будет эксплуатироваться оборудование и сколько денег можете потратить на покупку, как самого оборудования, так и на обязательные комплектующие и тем более средства индивидуальной защиты при сварке.

Сварочный бытовой аппарат

Более частым в применении является аппарат для ручной дуговой сварки плавящимся электродом, который покрыт флюсом, так называемая сварка MMA.

Виды электродов при ручной дуговой сварке.

Применяется, как вариант, также сварка неплавящимся электродом или называют ещё: сварка TIG, но в домашних условиях она применяется не очень часто, но этот метод пригоден для сварки тонколистовой стали, например, для ремонта автомобиля, деталей из алюминия.

Цена на сварочный аппарат постоянного тока, например, Зубр, Фубаг, Ресанта , Антика -3300 рублей- 3800 рублей.

Если рассматривать импортное оборудование, можно предложить германский аппарат KRÜGER, он стоит от 5500 рублей.

Схема сварочного аппарата

Конечно, можно сделать сварочный аппарат постоянного тока самому. Это для специалиста не составит труда, если есть доступ к материалам, из которых его можно изготовить. Вместо корпуса можно взять за основу раму. Также нужен источник питания, который имеет высокую мощность. Все инструкции можно узнать в интернете.

Самодельный сварочный аппарат

Трехфазные сварочные аппараты постоянного тока

Для работы в автомастерских, в различных цехах небольших предприятий, нужны аппараты с большими величинами тока на выходе, они должны работать от сети с трёхфазным током. В самом устройстве имеются от 6 до 12 диодов, которые подключены параллельно и последовательно в электрической схеме.

Схема профессионального сварочного аппарата с дополнительными функциями

Такой промышленный сварочный аппарат постоянного тока позволяет сваривать металлы различной толщины. На хорошем аппарате можно проводить и сварку, и резку металла. Также к ним можно подсоединить и два и три рабочих места и вести работу одновременно.

Трёхфазный аппарат имеет переключение как  на 220, так и на 380 вольт. Они наиболее применимы на предприятиях, так как качество соединения при их использовании получается высоким.

В основном применяются сварочные аппараты  постоянного тока на 380 вольт. В быту такие не применяются в виду того, что в доме 380 вольт практически не бывает. Стандартно применяется сварочный ток, равен 300 А. Все промышленные аппараты имеют солидный вес, поэтому их устанавливают на колёса. Их вес может достигать 100 кг, они все имеют защиту от короткого замыкания.

Особенности применения и устройства сварочных трансформаторов

С появлением электричества появилась возможность соединять металлические элементы с помощью сварки. Для этого применяются специальные сварочные трансформаторы, работающие от трёхфазного и однофазного напряжения. Однофазные модели предназначены для включения в стандартную бытовую сеть 220 Вольт. А трехфазный сварочный аппарат, чаще всего, применяется в производственных целях, он обладает большой мощностью, габаритами и продолжительной эксплуатацией без перерыва. Однако есть на рынке данной техники и универсальные устройства, которые могут работать и от 220 В, и от 380В. Разумеется, что для разных материалов существует свой индивидуальный процесс сварки, поэтому каждый сварочный агрегат оборудован системой регулировки и точной настройки.

Принцип действия сварочного трансформатора

По принципу действия он не отличается от другого обычного понижающего трансформатора, только вот токи вторичной обмотке уж очень высокие, так как он работает в режиме короткого замыкания. Если закоротить вторичную обмотку обычного трансформатора, то в таком режиме он проработает недолго, так как она быстро перегреется и выйдет из строя. Вторичная обмотка сварочного рассчитана на большие токи, поэтому и выполнена медным проводом большого сечения. Напряжение U2 (на выводах вторичной обмотки) напрямую зависит от количества витков в ней.

Конечно же, мало только уменьшить выходное напряжение, нужно ещё и изменять силу тока. Для этого трансформаторы оборудуются механизмом, раздвигающим обмотки на большее расстояние, тем самым снижая магнитный поток, который, в свою очередь, уменьшает ток во вторичной обмотке.

Устройство и классификация трансформаторов, применяемых в сварочных аппаратах

Особенности применения и устройства концевых выключателей

Любой трансформатор для сваривания металлических различных элементов состоит из:

1. Магнитопровода;
2. Изолированную первичную обмотку;
3. Вторичная обмотка;
4. Вентилятор, для охлаждения.

В зависимости от сварочных работ происходит и управление процессом сварки,все сварочные агрегаты делятся аппараты переменного и постоянного тока. Конечно же, сам трансформатор не может работать на постоянном токе поэтому сам процесс выпрямления осуществляется после понижения напряжения. Для этого применяются:

• управляемые тиристоры, которые непросто дают постоянный ток для сварки элементов, но осуществляют изменение силы тока во время этого процесс;
• неуправляемые вентили диоды, вместе с дросселем.

Назначение сварочного трансформатора

Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока

Сварочный понижающий трансформатор является ключевым элементом, создающим дугу во время сварки металлических деталей. Напряжение на выходе этого понижающего устройства, работающего в режиме короткого замыкания, допускается не более 80 Вольт. Для процесса ручной дуговой сварки обязательно нужны электроды. Бытовые трансформаторы для дома выполнены по однофазной схеме обладают небольшими токами при сваривании. Главное, в бытовых условиях также стоит следить и за наличием хорошего контакта в розетке, так как токи в первичной обмотке для квартир и домов тоже очень существенны и не каждая розетка их выдержит.

Сварочные трансформаторы переменного тока

Способы расчёта различных конфигураций трансформаторов

Такая конструкция считается самой не дорогой, но в то же время обладающей неплохими характеристиками сварки чёрных металлов. Для того чтобы регулировать ток и соответственно дугу во время этого процесса сварочный агрегат оборудован раздвижной системой, увеличивающей расстояние между катушками, а также площадь сердечника. Они из-за своей ценовой категории очень распространены на производстве, особенно в цехах с устаревшим оборудованием. Обладают довольно крупными размерами и зачастую устанавливаются стационарно.

И также как регулятор тока для сварочного аппарата, применяются отдельно расположенные дросселя, который добавляет индуктивности в цепь. Самый простой способ, но самый эффективный, регулировки напряжения и силы тока во время выполнения сварочных работ — это вывод нескольких контактных точек со вторичной обмотки. Кончено же, плавности изменения силы дуги в таком аппарате не получится добиться.

Сварочные трансформаторы постоянного тока

Такие приборы более эффективны для сваривания различных материалов обладают меньшими габаритами и плавным регулированием силы тока. Любой трансформатор не может работать на постоянном токе, это факт.

На рисунке показана простейшая схема такого агрегата, которую можно сделать и своими руками. Она гарантирует стабильные выходные характеристики сварочного тока и дуги, которая является ключевым аспектом любой сварки.

Сварщики знают, что при работе от положительного зажима выделяется больше тепла, чем от отрицательного. Следовательно для разной толщины металла стоит вырабатывать свою методику.

Существуют и новые разработки в этой отрасли так называемые сварочные аппараты инверторного типа. Трансформатор здесь работает на повышенных частотах, что даёт возможность снизить и габариты устройства, его вес, и токи первичной обмотки без последствий для создания качественной дуги.

Сварочный трансформатор ВДМ

Аппараты ВДМ производственного сварочного многопостового выпрямителя, устанавливается зачастую стационарно и предназначен для сварочных постов дуговой электросварки с помощью металлического электрода. Очень часто ВДМ подключаются к трёхфазной сети 380 Вольт. Во взрывоопасной среде, насыщенной пылью разной фракции, или же содержащей едкие газовые пары, разрушающие сталь и изоляцию, эксплуатация строго запрещена. Конструктивно в ВДМ есть возможность регулировать величину тока реостатом и дросселем.

Как рассчитать сварочный трансформатор

Изготовление трансформатора для сварочных работ, который должен быть близок по своим характеристикам к промышленному образцу, нужно проводить стандартными методиками подсчёта. Данная методика подойдет больше бытовому устройству, она содержит оптимальные значения обмоток и минимальные габаритные размеры сердечника.

Существует два вида сердечника:

1. броневой;
2. стержневой;
3. тороидальный (круглый).

При этом стержневые имеют немного большие показания КПД (коэффициента полезного действия) нежели броневые.

Прежде чем приступить непосредственно к расчету сварочного понижающего трансформатора, необходимо определить его мощность, которая зависит от того какая величина тока нужна для его эксплуатации. Наиболее распространенные варианты от 70 до 150 А. Разумно будет брать максимально допустимые токи вторичной обмотки немного выше порядка 180–200 А.

Мощность сварочного трансформатора переменного тока, и аппарата в целом, будет равна:

P = U2 × I2 × cos (φ) / η

где, U2 — напряжение холостого хода сварочного трансформатора рекомендуется от 30 до 60 Вольт, I2 — ток сварки, cos (φ) угол сдвига фаз между током и напряжением. В случае расчета потребляемой мощности cos (φ) можно взять равным 0,8; η- КПД, для данного устройства примерно можно принять равным 0,7.

А также стоит учесть при этом и продолжительность эксплуатации трансформатора, так как, скорее всего, ему пройдется работать не один час.

Pдл = U2 × I2 × (ПР/100)1/2 × 0.001

ПР — это коэффициент длительности работы в смену, рекомендуется порядка 20-30 %;

Намотка сварочного трансформатора

Зачастую намотка производится уже на имеющееся железо и вот формулы примерного числа витков

С обмотками на одном плече (рисунок ниже, а):

N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2)

С разнесенными обмотками (рисунок ниже, б):

N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2)

Sиз — измеренное сечение магнитопровода (см2)

Такой способ расчета считается упрощённым. Ниже прилагается формула расчета сечения медного провода, которым непосредственно и будет выполнена намотка.

Плотность тока в обмотках берётся из справочника для медного провода J = 2,5 А/мм2. Для сварочного аппарата постоянного тока ВДМ агрегат оборудуется тремя первичными и тремя вторичными обмотками, поэтому расчёт производится инженерами и без квалификации его проблематично соорудить.

Улучшение сварочного трансформатора

Для улучшения нужно сократить слишком большую вторичную обмотку в 3–4 раза, уменьшив в ней напряжение холостого хода до 22–25 вольт, а вот для стабильного и уверенного зажигания дуги, прибавить небольшую слаботочную обмотку с напряжением 80–110 вольт. Переменный ток каждой из обмоток проходит выпрямление на диодных мостах, после чего обмотки подключаются параллельно друг другу.

Но также для усовершенствования и улучшения длительной работы сварочного трансформатора особенно в летнюю жаркую погоду необходимо использовать приточную или же вытяжную вентиляцию.

---

Смотрите также

• 
  Опалубка из фанеры для стен
• 
  Как выбрать обогреватель для квартиры экономичные
• 
  Кованые арочные ворота
• 
  Мотоблок мб 2 нева с американским двигателем
• 
  Клумба вдоль забора из многолетников
• 
  Двухтрубная система отопления частного дома
• 
  Какой электролобзик выбрать
• 
  Краска тиккурила для обоев под покраску
• 
  Ножи самодельные своими руками
• 
  Душ своими руками из плитки
• 
  Цветок из бумаги своими руками быстро